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PHYSIKALISCHES SCHULVERSUCHSPRAKTIKUM WS 2000/2001 Protokoll zum Thema FLÜSSIGKEITEN Petra Rauecker 9855238

Protokoll zum Thema - JKU

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PHYSIKALISCHES SCHULVERSUCHSPRAKTIKUM

WS 2000/2001

Protokoll zum Thema

FLÜSSIGKEITEN

Petra Rauecker 9855238

Petra Rauecker -2-

INHALTSVERZEICHNIS

1. Molekularkräfte und ihre Wirkungen

1.1. Kohäsion – Adhäsion Seite 4 1.2. Benetzende und nicht benetzende Flüssigkeiten Seite 10

1.3. Haarröhrchenwirkung Seite 11 1.4. Oberflächenspannung Seite 14 1.5. Diffusion Seite 17

2. Druck in Flüssigkeiten

2.1. Druckfortpflanzung Seite 19

2.2. Glasträne Seite 21

2.3. Hydraulische Presse Seite 22

Petra Rauecker -3-

2.4. Hydrostatisches Paradoxon Seite 24

2.5. Kommunizierende Gefäße Seite 28

2.6. Cartesianischer Taucher Seite 29

3. Zusatzinformation Seite 31

3.1. Chromatographie Seite 31

3.2. Zustandsformen des Wassers Seite 33

3.3. Auswirkungen der Anomalie des Wassers Seite 34

Petra Rauecker -4-

1. Molekularkräfte und ihre Wirkung:

1.1. Kohäsion – Adhäsion Kohäsion: Ist die Kraft die zwischen gleichartigen Molekülen wirksam ist. Ihre Größe ist mitentscheidend dafür, welchen Aggregatzustand der Körper hat. In festen Körpern ist die Kohäsion sehr groß. Die Moleküle und Atome sind an festen Plätzen gebunden. Sie haben bestimmte Gestalt und ein bestimmtes Volumen Zwischen Molekülen und Flüssigkeiten sind ebenfalls Kohäsionskräfte wirksam. Die aber sind wesentlich kleiner als bei festen Körpern. Daraus folgt, daß die Moleküle gegeneinander leicht verschiebbar sind und sich bereits durch sehr geringe Kräfte voneinander trennen lassen. Die Kohäsion ist aber groß genug, daß flüssige Stoffe in kleinen Mengen Tropfen und Blasen bilden können. z.B.: Bildung von Tropfen am Wasserhahn. Der Tropfen reißt ab, wenn sein Gewicht imstande ist, die Molekularkräfte zu überwinden. Eine Seifenblase platzt erst, wenn die Kohäsion nicht mehr ausreicht. Adhäsion: Zwischen zwei verschiedenen Molekülen von zwei Körpern die sich in Kontakt befinden, wirkt eine anziehende Kraft. Diese Kraft wird Adhäsionskraft genannt. Das Wort kommt aus dem lateinischen adhaerere ...... aneinanderhaftend. Bsp. für die Adhäsion: Ø haften der Kreide an der Tafel Ø Haften der Grafitteilchen des Bleistifts am Papier Ø Wassertropfen an Fensterscheibe Ø Leim auf Holz u. s. w. Anschließend findet man mehrere Versuche zu Adhäsion und Kohäsion.

Petra Rauecker -5-

Versuch 1: Material: Ø Quecksilber Ø Glasdeckel oder flache Glasschüssel Ablauf, Ergebnis: Gebe ich Quecksilber auf den Deckel, so sieht man, daß sich Quecksilberkugeln bilden. Ursache: Beim Quecksilber ist die Kohäsion größer als die Adhäsion. Daraus folgt eine Kugelbildung.

Petra Rauecker -6-

Versuch 2: Material: Ø Wasser Ø Glasdeckel oder flache Glasschüssel Ablauf, Ergebnis: Gebe ich Wasser auf den Deckel, so verteilt sich das Wasser darauf gleichmäßig. Ursache: Hier ist die Kohäsion kleiner als die Adhäsion. Bei diesen beiden Versuchen gibt es nur das Problem der Sichtbarkeit. Am Besten ist es, wenn sich die Schüler um den Tisch stellen, damit es alle sehen können. Es wäre auch besser einen Glasdeckel mit relativ großem Durchmesser zu verwenden. Beim Versuch mit Quecksilber muß man auch aufpassen, daß man nichts verschüttet.

Petra Rauecker -7-

Versuch 3: Material: Ø Gefärbtes Wasser Ø Keilförmige Glasplatten Ablauf, Ergebnis: Das gefärbte Wasser in die keilförmigen Platten einfüllen. Man beobachtet bei diesem Versuch, daß das Wasser bei der engeren Stelle der Platten emporsteigt. Ursache: Hier wirkt wieder die Adhäsionskraft zwischen dem Wasser und der Glasplatte.

Hier sollte man darauf achten, daß das Wasser auch gut gefärbt ist, damit es für alle sichtbar ist.

Petra Rauecker -8-

Versuch 4: Material: Ø Quecksilber Ø Keilförmige Glasplatten Ablauf, Ergebnis: Wie im Versuch 3 fülle ich nun statt dem gefärbten Wasser, Quecksilber in die keilförmigen Platten. Im Unterschied zum Versuch 3 wird das Quecksilber an der engeren Seite der Platten nach unten gezogen. Ursache: Hier ist die Kohäsion bei Quecksilber stärker als die Adhäsion zwischen dem Quecksilber und der Glasplatten.

Auch bei diesen Versuchen sollte man auf die Größe der keilförmigen Platten achten. Beim Einfüllen des Quecksilbers, sollte man wieder achtgeben, daß man nichts verschüttet.

Petra Rauecker -9-

Versuch 5: Material: Ø Gefärbtes Wasser Ø 2 Glasplatten (gleich groß) Ø 2 Gummiringe Ø Zündholz Ø Deckel Ablauf, Ergebnis: Zuerst schneidet man den Streichholzkopf ab. Anschließend gibt man das Zündholz zwischen die Glasplatten und befestige sie mit 2 Gummiringe. Dann stelle man es auf einen Deckel und mit gefärbtem Wasser. Das Wasser steigt wie im Versuch 3 an der engeren Stelle empor. Für diesen Versuch braucht man keine vorgefertigte keilförmige Glasplatten. Der Versuch ist sehr schnell aufgebaut und sehr eindrucksvoll. Aber auch bei diesem Versuch muß man darauf achten, daß das Wasser gut gefärbt ist. All diese 5 Versuche sind einfache Handversuche. Darum sind sie auch sehr gut für die Unterstufe geeignet. Sie sind sehr anschaulich und zum Großteil auch Praxis bezogen. Der Zeitaufwand für das Aufbauen ist bei allen Versuchen sehr gering.

Petra Rauecker -10-

1.2. Benetzende und nicht benetzende Flüssigkeiten: Die freie Oberfläche einer ruhenden Flüssigkeit ist waagrecht. Beobachtet man den Rand eines gut gereinigten Glasgefäßes so bemerkt man das die Wasseroberfläche emporgezogen wird. Diese Abweichung führt man auf die Anziehung der Wassermoleküle durch die Moleküle der Glaswand zurück. Sie ist eine Adhäsionserscheinung. Dies sind benetzende Flüssigkeiten. Bei Quecksilber kann das Gegenteil beobachtet werden. Hier ist die Kohäsion zwischen den Molekülen des Quecksilbers größer als die Adhäsion zu den Molekülen der Glaswand. Daraus folgt, daß das Quecksilber nach unten gezogen wird. Diese Flüssigkeiten werden nicht benetzende Flüssigkeiten genannt. Die Versuche zur Kohäsion und Adhäsion sind auch zur Erklärung von benetzenden und nicht benetzenden Flüssigkeiten geeignet. Das heißt, wenn man Kohäsion und Adhäsion durchnimmt, kann man gleich die Begriffe benetzende und nicht benetztende Flüssigkeiten einführen und an Hand dieser Versuche erklären. Hier möchte ich noch ein paar Bilder für benetzende und nicht benetzende Flüssigkeiten aufzeigen.

Petra Rauecker -11-

1.3. Haarröhrchenwirkung Zu diesem Thema haben wir 2 Versuche durchgeführt. Die sehr einfach zum Aufbauen und erklärlich sind.

Versuch 6: Material: Ø Kapillaren verschiedener Durchmesser Ø Becherglas Ø Gefärbtes Wasser Ablauf, Ergebnis: Das gefärbte Wasser in das Becherglas füllen. Anschließend stellt man die Kapillaren in das Becherglas. Danach beobachtet man die Steighöhe bei den einzelnen Durchmessern Man beobachtet, daß die Steighöhe um so höher ist, je enger die Kapillare ist. Bei Wasser beobachtet man, daß die Wasserhöhe in den Kapillaren höher ist, als die des Becherglases. Was wiederum auf die Adhäsion zurückzuführen ist.

Petra Rauecker -12-

Versuch 7: Material: Ø Kapillaren verschiedener Durchmesser Ø Becherglas Ø Quecksilber Ablauf, Ergebnis: Der Ablauf ist analog Versuch 6. Nur im Gegensatz zum Wasser ist hier die Höhe des Quecksilbers in den Kapillaren kleiner als im Becherglas. Das ist auf die Kohäsion zurückzuführen. Hier kann man auch beobachten, daß je enger das Gefäß ist, das Quecksilber weiter nach unten sinkt.

Petra Rauecker -13-

Aus diesen beiden Versuchen sieht man, daß die Steighöhe mit dem Durchmesser zusammenhängt. Bei beiden Versuchen ist es auch wieder wichtig auf die Sichtbarkeit zu achten. Beim Versuch 6 muß man aufpassen, daß das Wasser gut gefärbt ist. Am besten nimmt man Ø Lebensmittelfarben Ø Osterfarben (flüssig) Ø Kaliumpermanganat Das Kaliumpermanganat darf man nicht mit den Fingern angreifen, da es sehr gut färbt und an der Haut oder Fingernägel haften bleibt und nicht mehr herunter geht. Es gibt auch einen Niederschlag , daher ist es bei Haarröhrchen eher nicht geeignet. Nach dem Versuch soll man die Haarröhrchen mit Preßluft ausblasen. Ein praktischer Bezug zur Haarröhrchenwirkung ist z.B.: ein Würfelzucker in Kaffee. Da der Kaffee vom Würfelzucker angesaugt wird.

Die Kapillarität spielt in der Natur eine wichtige Rolle. So steigen in den Haarröhrchen der Pflanzen und Bäumen, die von den Wurzeln aus dem Boden aufgenommenen Nährstoffe empor. Die Haarröhrchenwirkung kann man durch einfügen von Dachpappe, Kunstfolien oder Stahlplatten unterbinden. Das wird bei der Isolation von Mauern benutzt.

Petra Rauecker -14-

1.4. Oberflächenspannung. Das Wasser scheint eine „Haut“ zu haben. Diese Haut ist die Folge der gegenseitigen Anziehung der Flüssigkeitsteilchen. Dieses Zusammenhalten der Flüssigkeitsteilchen an der Oberfläche wird Oberflächenspannung genannt. Die Oberflächenspannung entsteht durch die Kohäsionskräfte, die zwischen den Teilchen der Flüssigkeitsoberfläche wirken.

Versuch 8: Material: Ø Plastikbecher Ø Wasser Ø Münze Ablauf, Ergebnis: Legen wir die Münze vorsichtig auf die Wasseroberfläche so schwimmt die Münze. Probleme: Man muß ganz vorsichtig die Münze auf das Wasser legen. Es kann sehr leicht passieren , daß man mit den Fingern die Haut zerstört. Die Folge ist, daß die Münze untergeht. Am besten geht es mit einem Streifen eines Taschentuches. Man reißt ein Stück herunter und teilt es in seine Lagen. Anschließend legt man die Münze auf das Papier und hält es an beiden Seiten fest. Dann legt man es vorsichtig auf die Wasseroberfläche und läßt ein Ende los. Hier muß man darauf achten, daß das Ende die Münze nicht berührt. Jetzt kann man das Taschentuch am anderen Ende vorsichtig herausziehen, oder es untergehen lassen.

Petra Rauecker -15-

Versuch 9: Material: Ø Plastikbecher Ø Wasser Ø Münze Ø Waschmittel Ablauf, Ergebnis: Zuerst legt man wieder vorsichtig die Münze auf die Wasseroberfläche. Anschließend gibt man Waschmittel in das Wasser. Daraus folgt, die Münze geht unter. Ursache: Das Waschmittel zerstört die Oberflächenspannung.

Petra Rauecker -16-

Versuch 10: Material: Ø Suppenteller Ø Wasser Ø Pfeffer Ø Zündholz Ø Spülmittel (dünnflüssig) Ablauf, Ergebnis: Streut man den Pfeffer in den Suppenteller so schwimmt er an der Oberfläche. Gibt man jedoch mit einem Zündholz etwas flüssiges Spülmittel in das Wasser geht der Pfeffer auseinander und unter. Bei diesem Versuch sollte man nur einmal das Spülmittel dazugeben, da bei weiteren Versuchen (mit dem selben Wasser) der Effekt nicht mehr gegeben ist. Weiters sollte man aufpassen, daß es für die Schüler gut sichtbar ist. Auch diese Versuche sind einfache Handversuche, die wenig Zeitaufwand benötigen. Diese Versuche können die Schüler auch selber durchführen.

Petra Rauecker -17-

1.5. Diffusion Die von selbst eintretende Durchmischung zweier Flüssigkeiten, die miteinander in Berührung stehen, nennt man Diffusion. Die Ursache der Diffusion ist die Bewegung der Teilchen. Daher läßt sich dieser Versuch nur erklären, wenn man annimmt, daß die Teilchen von Stoffen in Bewegung sind.

Versuch 11: Material: Ø Glasgefäß Ø Wasser Ø Blaue Kupfersulfatkristalle Ablauf, Ergebnis: Die blauen Kupfersulfate in Wasser auflösen. Anschließend ganz vorsichtig reines Wasser über die blaue Flüssigkeit gießen, so daß eine scharfe Trennungslinie zwischen den beiden Flüssigkeiten zu sehen ist. Das Gefäß an einen ruhigen Ort stellen. Nach einigen Tagen sind die Trennungslinien nicht mehr deutlich sichtbar, nach mehreren Wochen ist eine vollständige Durchmischung erfolgt, ohne umzurühren. Ursache: Die von selbst eintretende Durchmischung zweier Flüssigkeiten, die miteinander in Berührung stehen nennt man Diffusion. Die Ursache dafür ist die Bewegung der Teilchen.

Petra Rauecker -18-

Dieser Versuch ist beim Aufbau nicht zeitaufwendig, aber er beansprucht relativ viel Zeit, bis das Ergebnis sichtbar ist. Zur Erklärung der Diffusion finde ich den Versuch aber sehr anschaulich.

Petra Rauecker -19-

2. Druck in Flüssigkeiten

2.1. Druckfortpflanzung: Setze ich einen Bleistift mit der Spitze nach unten auf die Tischplatte und drücke von oben mit der Hand darauf, so spürt die Hand nichts. Da die Hand den Bleistift umfaßt. Die ausgeübte Druckkraft wird hier nur in eine Richtung übertragen. Anders ist es bei der Druckfortpflanzung in Flüssigkeiten. Wie läßt sich die Druckfortpflanzung erklären? Übt man auf eine Flüssigkeit einen Druck aus, so weicht die Flüssigkeit nach allen Richtungen aus. Versuch 12 dient dazu die Druckfortpflanzung in Flüssigkeiten zu Veranschaulichen.

Versuch 12: Material: Ø Plastiksack mit Löcher auf jeder Seite Ø Wasser Ablauf, Ergebnis: Den Plastiksack mit Wasser füllen. Anschließend Löcher in verschiedener Höhe und auf jeder Seite stechen. Hier kann man sehr gut beobachten, daß sich der Druck nach allen Seiten fortpflanzt.

Petra Rauecker -20-

Den Unterschied zwischen der Druckverteilung bei Flüssigkeiten und festen Stoffen kann man die Schüler selber ausprobieren lassen. Zuerst sollen sie auf einen Bleistift, wie oben beschrieben, Druck ausüben. Dabei werden sie selber merken, daß ihre Hand nichts spürt. Anschließend führt man Versuch 12 vor. Um den Unterschied zu sehen. Versuch 12 kann man auch mit einer Spritze durchführen. Der Vorteil dieses Versuches ist, daß der Arbeitsaufwand sehr gering ist. Hier kann man auch die Schüler mit einbeziehen, und ihnen die Frage stellen, Was sie glauben, was passieren wird.

Petra Rauecker -21-

2.2. Glasträne: Der Versuch mit der Glasträne ist auch gut zur Erklärung der Druckfortpflanzung geeignet. Diesen Versuch haben wir nicht durchgeführt, da wir keine Glaswand hatten. Jedoch in der Schule ist bestimmt eine Glaswand vorhanden, so daß man den Versuch ohne weiteres durchführen kann. Ein negativer Aspekt dieses Versuches ist, daß bei der Durchführung höchste Vorsicht geboten ist. D.h.: die Träne nie mit der Hand nur mit einer Zange abbrechen. Hier möchte ich nur kurz den Ablauf und das Ergebnis dieses Versuches erklären. Material: Ø Glasgefäß Ø Wasser Ø Glasträne Ø Schere oder Zange Ablauf, Ergebnis: Das Glasgefäß mit Wasser füllen. Anschließend gibt man die Glasträne mit dem Kopf in das mit Wasser gefüllte Gefäß. Die Schwanzspitze mit einer Schere oder Zange abbrechen. Das Ergebnis ist, daß daraufhin die Glasträne und somit auch das mit Wasser gefüllte Gefäß zerspringt. Ursache: Das Zerspringen des Gefäßes ist auf den beim explosionsartigen Zerfall der Glasträne entstehenden Druck zurückzuführen. Der sich im Wasser nach allen Seiten fortpflanzt und das Glas zerstört.

Petra Rauecker -22-

2.3. Hydraulische Presse. Die hydraulische Presse beruht auf dem Prinzip der allseitigen Druckfortpflanzung in Flüssigkeiten. Mit ihr lassen sich große Kräfte erzeugen. Da bei der Druckübertragung durch eine Flüssigkeit ein Kraftgewinn erzielt werden kann, wenn die Druckkraft von einem kleineren Kolben auf einen größeren Kolben übergeht. Dabei muß man um eine Kraftverstärkung zu erhalten, den Primärkolben wesentlich weiter reindrücken, als wie sich dann der Sekundärkolben hebt.

Versuch 13:

Petra Rauecker -23-

Ablauf, Ergebnis: Durch das Auf- und Abbewegen des Druckkolben gelangt Wasser in die Presse. Hier ist darauf zu achten, daß die Dichtungen sitzen. Den Pfropfen sollte man im vornherein befeuchten. Wenn dann genügend Wasser in der Presse ist, kann mit dem eigentlichen Versuch begonnen werden. Nun kann eine Kraftverstärkung am Preßzylinder demonstriert werden. Der Zeitaufwand ist bei diesem Versuch auch sehr gering. Da es sich um ein fix gebautes Versuchsgerät handelt. Probleme: Bei diesem Versuch muß man aufpassen, daß der Druckkolben dicht ist, d.h. es soll kein Hohlraum entstehen. Beim Preßkolben soll man darauf achten, daß er nicht herausfällt.

Petra Rauecker -24-

2.4. Hydrostatisches Paradoxon: Nehmen wir einen Stoß Hefte, dann trägt jedes Heft das Gewicht aller darüberliegenden Hefte. Auch Flüssigkeiten kann man in waagrechte Schichten aufteilen, dann trägt auch hier jede Schicht das Gewicht der darüberliegenden Schichten. An jeder Stelle im Inneren einer ruhenden Flüssigkeit wird Druck vom Gewicht der darüber befindlichen Flüssigkeitsmenge ausgeübt. Das nennt man dann hydrostatischer Druck. Der Druck ist um so größer, je tiefer die betrachtete Stelle in der Flüssigkeit liegt. Jede ruhende Flüssigkeit übt durch ihr Gewicht einen Druck aus. Dieser wirkt im Inneren der Flüssigkeit nach allen Seiten gleichmäßig und nimmt mit der Tiefe zu. Auch beim Tauchen ist dieser Druck bemerkbar. Das Trommelfell ist dabei sehr empfindlich. Daraus folgt, daß beim Tauchen in größeren Tiefen eine Tauchausrüstung mit Druckhelm notwendig ist. Unterseeboote müssen dem hydrostatischen Druck in der Tiefe des Meeres standhalten. Fische und Wasserbewohner haben sich an den hydrostatischen Druck angepaßt. Auch auf Seitenwänden eines Gefäßes wird von ruhenden Flüssigkeiten ein hydrostatischer Druck ausgeübt.

Petra Rauecker -25-

Versuch 14: Mit diesem Versuch soll der hydrostatische Druck veranschaulicht werden, d.h.: das der Druck mit zunehmender Tiefe steigt. Material: Ø Plasticksackerl mit 3 Löcher auf verschiedener Höhe Ø Wasser Ablauf, Ergebnis: Den Plastiksack mit Wasser füllen. Anschließend 3 Löcher in verschiedener (untereinander) Höhe stechen. Hier kann man sehr gut beobachten, daß der Druck mit der Höhe abnimmt. Je weiter die Löcher vom Boden entfernt sind um so geringer ist der Druck. Am obersten Loch fließt der Strahl sehr steil nach unten. Hingegen fließt der Strahl beim Loch in der Nähe des Bodens sehr flach heraus. Was zur Folge hat, daß der unterste Strahl am Weitesten fließt.

Dieser Versuch ist wieder ein einfacher Handversuch, den die Schüler schnell und einfach ausprobieren können. Den Versuch sollte man so demonstrieren, daß ihn alle Schüler gut sehen können.

Petra Rauecker -26-

Versuch 15: Auch dieser Versuch ist sehr gut zur Erklärung des hydrostatischen Druckes geeignet. Material: Ø zylindrisches Glasrohr Ø gefärbtes Wasser Ø Becherglas Ø Leichte , dünne Platte ( Zelluloid, glimmer, Glas) Ablauf, Ergebnis: Verschließen wir ein am unteren Rand gut geschliffenes zylindrisches Glasrohr mit einer sehr leichten, dünnen Platte und tauchen es in eine mit Wasser gefüllte Wanne. Nach dem Loslassen der Platte fällt diese nicht vom Rohr ab, sondern wird vom Wasser an den unteren Rand gepreßt. Nun gießen wir in das Rohr vorsichtig so lange gefärbtes Wasser, bis sie Platte abfällt. Wenn innerhalb und außerhalb des Glasrohres der Flüssigkeitsspiegel gleich hoch steht, ist auch der hydrostatische Druck auf beiden Seiten der Platte (also von oben und von unten) gleich groß.

Petra Rauecker -27-

Diesen Versuch kann man auch mit verschieden geformten Gefäße untersuchen. Hier wird man feststellen, daß die Form des Gefäßes das Volumen nicht ausschlaggebend sind. Der Verschluß öffnet bei der gleichen Wasserhöhe. Das bedeutet, daß die Druckkraft des Wassers und damit sein Druck auf die Bodenfläche in allen Fällen gleich groß sind. Dieses Versuchsergebnis nennt man HYDROSTATISCHES PARADOXON: Der mit einer ruhenden Flüssigkeit auf den Boden eines Gefäßes ausgeübte Druck ist von der Form des Gefäßes und daher auch vom Flüssigkeitsvolumen unabhängig. Er hängt aber von der Flüssigkeitshöhe und von der Dichte der Flüssigkeit ab.

Petra Rauecker -28-

2.5. Kommunizierende Gefäße Kommunizierende Gefäße sind Gefäße mit beliebig geformten, aber miteinander in Verbindung stehenden Rohren.

Versuch 16: Dieser Versuch soll zeigen, daß in verbunden Gefäßen die Flüssigkeit gleich hoch steht. Material: Ø gefärbtes Wasser Ø nicht zu enges Gefäß Ø zwei weitere Gefäße mit unterschiedlicher Form Ablauf, Ergebnis: Das gefärbte Wasser in beliebig geformtes, nicht zu enges Gefäß füllen und mit den anderen Gefäßen verbinden. Nach dem Einfüllen bleibt das Wasser in Ruhe. An jeder Stelle des Gefäßes müssen hydrostatische Druckkräfte aus den verschiedenen Richtungen das Gleichgewicht halten. Im Querschnitt Q eines Verbindungsrohres zwischen den zwei Gefäßen können sich die Druckkräfte von beiden Seiten her aufheben, wenn die Flüssigkeitssäulen überall gleich hoch sind. Das Einfüllen des Wassers soll langsam durchgeführt werden, damit der Effekt genau beobachtet werden kann. Daraus folgt in miteinander verbundenen Gefäßen steht eine ruhende Flüssigkeit überall gleich hoch. Auf dem Gesetz der verbundenen Gefäße beruhen Kaffee- und Gießkannen, u. s. w.

Petra Rauecker -29-

2.6. Cartesianischer Taucher Der Cartesianische Taucher ist eine hohle, mit Luft gefüllte und unten mit einer kleinen Öffnung versehenen Glasfigur.

Versuch 17: Material: Ø Cartesianischer Taucher Ø Glasflasche (durchsichtig) Ø Wasser Ø Plastiksackerl (vorher zurecht schneiden, da sonst nicht sichtbar) Ablauf, Ergebnis: Wasser bis zum Rand in die Glasflasche füllen. Anschließend den Taucher ins Wasser geben. Der Taucher schwimmt. Danach das Plastiksackerl darüber geben und Druck darauf ausüben. Dabei sollte der Taucher untergehen. Tut er das nicht ist in dem Taucher zu wenig Wasser enthalten. Hier braucht man nur den Deckel auf die Glasflasche geben und waagrecht hinlegen und auf den Deckel Druck ausüben (ein paarmal auf den Deckel drücken), damit sich der Taucher mit Wasser füllt. Danach müßte der Taucher untergehen, wenn du wieder Druck auf die Membran ausübst. Ist der Druck weg steigt der Taucher wieder auf.

Petra Rauecker -30-

Bei diesem Versuch sollte man zuerst das Plasticksackerl zurecht schneiden, damit die Schüler den Taucher auch gut sehen können. Hier ist darauf zu achten, daß man ein hohes durchsichtiges Gefäß verwendet. Am Besten eignet sich eine Saftflasche. Bei Unterseebooten ist das Prinzip genauso. Wenn sie tauchen nehmen die Tauchtanks Wasser auf, daraus folgt sie sinken. Wird das Wasser durch die Preßluft hinausgedrückt tauchen sie wieder auf.

Petra Rauecker -31-

3. Zusatzinformation:

3.1. Chromatographie:

Chromatographie kommt aus dem Griechischen chromos = Farbe und graphein = aufzeichnen Die Chromatographie ist eine moderne Trennmethode und sie beruht auf der Haarröhrchenwirkung

Versuch 18: Mit diesem Versuch kann man dies leicht und spielerisch zeigen. Material: Ø Faserstifte (verschiedener Farben) Ø Becherglas Ø Wasser Ø Kaffeefilterstreifen (weiß) Ablauf, Ergebnis: 3 oder mehr Punkte nebeneinander auf Kaffeefilter geben. Sollten gut sichtbar sein. Den Streifen über einen Stift wickeln. Das Becherglas mit Wasser füllen. Den Stift mit dem Kaffeefilterstreifen ins Wasser eintauchen. Dabei sollte man aufpassen, daß das Wasser unter den Punkten ist. Das Ergebnis ist, daß die Farben in ihre Grundfarben zerlegt.

Petra Rauecker -32-

Versuch 19: Material: Ø Faserstifte (verschiedene Farben) Ø Becherglas Ø Kaffeefilter Ø Wasser Ablauf, Ergebnis: Einen Kreis aus dem Kaffeefilter schneiden. Er sollte größer als der Durchmesser des Becherglases sein. Ein Loch in der Mitte des Kreises schneiden. Aus dem Abfall eine Rolle formen und diese in das Loch stecken. Auf den Kreis mit verschiedenen Farben Kreise zeichnen. Anschließend den Kreis auf das Becherglas legen und das Rohr ins Wasser geben. Auch hier werden die Farben wieder in ihre Grundfarben zerlegt. Aufpassen sollte man das der Rand des Becherglases nicht naß ist, da sonst der ganze Effekt kaputt ist. Um den Versuch zu beschleunigen, sollten die Kreise näher am Loch sein. Dieser Versuch ist auch sehr gut für die Schüler geeignet. Das sie es selber ausprobieren können.

Petra Rauecker -33-

3.2. Zustandsformen des Wassers Stoffe in der Natur haben die Eigenschaft, sich zu ändern. Diese Änderungen hängen vom Druck, der Temperatur und des Volumens ab. Insgesamt gibt es 3 Aggregatzustände, die die Materie einnehmen kann. Ø Fest Ø Flüssig Ø Gasförmig Ein fester Körper besitzt ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Gestalt. Ein flüssiger Körper besitzt ebenfalls ein bestimmtes Volumen, aber im Gegensatz zu festen Körper hat er keine bestimmte Gestalt. Flüssigkeiten nehmen die Form des Gefäßes an, in dem sie sich befinden, und bilden dort eine Oberfläche. Ein gasförmiger Körper hat weder eine bestimmte Gestalt noch ein bestimmtes Volumen. Ein gasförmiger Körper nimmt jeden ihm zur Verfügung stehenden Raum ein. Er bildet auch keine Oberfläche, wie die Flüssigkeiten. Wenn ein Körper vom festen in den flüssigen Zustand übergeht so nennt das man schmelzen . Den Übergang vom flüssigen Zustand in den festen Zustand nennt man erstarren. Das kann man am Wasser sehr gut demonstrieren. Man nehme einen Eiswürfel und erhitzt ihn oder läßt ihn einfach auf einem Deckel liegen und beobachtet was passiert. Er wird schmelzen. Umgekehrt kann man Wasser in ein Gefäß füllen und in das Gefrierfach geben. Hier wird das Wasser zu Eis. D.h.: es erstarrt. Den Übergang vom flüssig Zustand in den gasförmigen Zustand nennt man verdampfen. Auch diesen Vorgang kann man in der Unterstufe sehr leicht demonstrieren. Man füllt Wasser in ein Gefäß und erwärmt es, bis das Wasser zu dampfen beginnt. Der umgekehrte Fall, vom gasförmigen Zustand in den flüssigen zustand zu gelangen heißt kondensieren.

Petra Rauecker -34-

3.3. Auswirkungen der Anomalie des Wassers Wasser hat im Gegensatz zu anderen Flüssigkeiten merkwürdige Verhalten. Aus dem Alltag wissen wir ja, daß Eiswürfel in einer Limonade nicht untergehen, sie schwimmen. Durch Frostaufbrüche entstehen Fahrbahnschäden. Die Unterschiede zwischen Wasser und anderen Flüssigkeiten kann man den Schülern an einfachen Handversuchen erklären. Material: Ø Plastikbecher Ø Wasser Ø Flüssiges Paraffin Ø Kältemischung Ablauf, Ergebnis: Das Wasser in den Plastikbecher füllen und in eine Kältemischung stellen. Ebenso fülle man das Paraffin in einen Plastikbecher und stelle diesen auch in eine Kältemischung. Anschließend beobachte man die Volumsänderung von Paraffin und Wasser beim Erstarren. Beim Paraffin werden wir feststellen, daß es sich beim Erstarren zusammenzieht. Hingegen beim Wasser beobachten wir eine Ausdehnung. Darum hat das Eis eine geringere Dichte als das Wasser. Das ist auch der Grund warum Eis auf dem Wasser schwimmt. Dieses Ergebnis nennt man Anomalie des Wassers. Wasser hat bei 4°C die größte Dichte, d.h.: bei tieferer oder höherer Temperatur ist die Dichte geringer. Warum gefriert ein See von oben nach unten zu? Da das Wasser mit 4°C die größte Dichte hat, steigt das kältere bzw. wärmere Wasser nach oben. D.h.: das kältere Wasser ist an der Oberfläche. Darum friert der See von oben nach unten zu. Dabei ermöglicht das Wasser unter der Eisdecke das Überleben der Wassertiere im Winter. Ohne Anomalie würde ein vollständiges zufrieren der Seen eintreten und in größeren Tiefen würde das Eis im Sommer nicht mehr schmelzen.