45 25 Beispiele zur Wärmeausdehnung Die Wärmeausdehnung fester Körper lässt sich besonders leicht bei der Längenausdehnung von Stäben, Drähten und Röhren feststellen. Mit einem Wärmeausdehnungsapparat (Abb. 25.1) kann man diese Längenausdehnung messen. Demonstrationsversuch: Gleich lange Stäbe, z. B. aus Zink, Kupfer und Eisen, werden der Reihe nach im Wärmeausdehnungsapparat eingespannt. Dann werden sie erhitzt. Beobachte die Längenänderung der Stäbe. Der Versuch zeigt: Die Wärmeausdehnung des Zinkstabes ist größer als die des Kupferstabes. Diese ist wieder größer als die des Eisenstabes. Bei festen Körpern geht es vor allem um die Längenausdehnung, bei Flüssigkeiten und Gasen mehr um die Volumsausdehnung. Du weißt schon einiges über die Ausdehnung von Flüssigkeiten. Aus der Tabelle 25.5 kannst du entnehmen, um wie viel stärker sich die Flüssigkeiten als die festen Körper ausdehnen. Gase dehnen sich noch viel stärker aus als Flüssigkeiten. So wächst bei gleichbleibendem Druck (siehe Kapitel 37, Seite 61) das Volumen von 1 m3 Luft bei Erwärmung um 1 °C um 3,66 dm3, das ist 1/273 von 1 m3. Dieser Zahlenwert gilt nicht nur für Luft, sondern praktisch für alle Gase. Anhand einiger Beispiele soll nun die praktische Bedeutung der Wärmeausdehnung gezeigt werden. So hängen Freileitungen im Sommer weit durch, während sie im Winter bei großer Kälte stärker gespannt sind. Eisenbahnschienen werden so verlegt, dass sie die Möglichkeit haben, sich auszudehnen. Betonstraßen haben in bestimmten Abständen mit Asphalt ausgegossene Dehnfugen. Lange Stahlbrücken werden an einem Ende auf Rollen gelagert (Abb. 25.2). Zwischen der Brücke und der anschließenden Straße befindet sich eine Dehnungsfuge. Längere Rohrleitungen (z. B. für Fernheizungen, Dampfleitungen usw.) haben eine Ausdehnungsschleife oder sind ineinander verschiebbar (Druckleitungen bei Kraftwerken). Durch einen Versuch wollen wir zeigen, welche Folgen die Nichtbeachtung der Wärmeausdehnung nach sich ziehen kann. Demonstrationsversuch: Ein Metallstab wird wie in Abb. 25.3 so in einen Rahmen eingespannt, dass er an einem Ende durch einen Bolzen aus Gusseisen festgehalten wird. Das andere Ende des Stabes wird mit Hilfe einer Schraube in den Rahmen eingespannt. Erhitzt man den Metallstab, so dehnt er sich aus, und die Schraube kann nachgestellt werden. Wird der Stab mit Wasser abgekühlt, so zieht er sich zusammen und zerbricht dabei den Querbolzen aus Gusseisen. Achtung: Vor dem Abkühlen unbedingt Tafeltuch über den Bolzen legen, damit sich eventuell wegfliegende Bruchstücke darin verfangen und eine Plexiglasschutzwand vor die Versuchsanordnung stellen! Warum können sich starke Stahlträger bei sehr hohen Temperaturen verformen? 25.1 Wärmeausdehnungsapparat. Der Metallstab dehnt sich aus und bewegt dabei einen Zeiger. Auf einer Skala wird die Größe der Wärmeausdehnung angezeigt. 25.2 Brückenlager. Die Lagerung der Brücke auf Rollen ist deutlich erkennbar. 25.3 Bolzensprenger ! Bolzen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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