11 21 Wie heiß war der Big Bang? Ohne Expansionsgefäß könnten die Rohre undicht werden oder sogar platzen. Weitreichende Folgen hat im Zuge der Klimaerwärmung die Wärmeausdehnung der Meere, weil dadurch der Meeresspiegel steigt (B 21.20). Dieser Effekt beträgt etwa 30 % bis 40 % des gesamten Anstiegs. Der Rest kommt vom Abschmelzen der Landeismassen. B 21.20 Anstieg des Meeresspiegels im Zeitraum von 1955 bis 2004 aufgrund der Erwärmung der Meere. Dazu kommt noch der Effekt durch das Abschmelzen der Landeismassen. Kommen wir zum Schluss zu den festen Stoffen, den sogenannten Festkörpern. Wenn du siedendes Wasser in ein Glas leerst ( A 9 ), erhitzt sich die Innenseite sofort auf 100 °C und dehnt sich schlagartig aus (B 21.21). Die Außenseite bekommt von der Hitze nichts mit, weil die Wärmeleitung von Glas recht bescheiden ist. Das führt zu Spannungen und eventuell zu Sprüngen. Hitzebeständiges Glas, das man zum Backen und Kochen verwendet, dehnt sich weniger stark aus und springt daher auch nicht so leicht. B 21.21 Weil sich nur die Innenseite des Glases ausdehnt, kann es durch die Verspannung leicht einen Sprung bekommen. Die Längenausdehnung ist im Prinzip ein recht kleiner Effekt, aber bei großen Objekten kann sich das ganz schön zusammenläppern. Zum Beispiel ist der Eiffelturm in Paris im Sommer etwa 15 cm höher als im Winter! Das ist nicht viel und auch egal, aber solche Längenänderungen treten auch bei Schienen auf. Wenn man nichts dagegen unternimmt, dann kann es in der Sommerhitze zu saftigen Gleisverwerfungen kommen (B 21.22). Früher löste man das Problem, indem man kleine Zwischenräume zum Ausdehnen ließ. Das rattert aber ziemlich. Heute werden die Schienen ohne Zwischenraum verlegt, aber extrem fest im Boden verankert. mm mm 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 Jahr 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 a b 20°C 100°C c Die Wärmeausdehnung darf auch bei Brücken nicht unterschätzt werden. Diese sind an den Enden meistens auf Rollen gelagert und haben außerdem Dehnungsfugen (B 21.23), um Längenänderungen auszugleichen. Bei Rohren, die sich sehr stark erhitzen können, sind Dehnungsschleifen eingebaut ( A 12 ), um die Längenänderungen gezielt auszugleichen. B 21.23 Rollenlager und Dehnungsfugen gleichen die unterschiedliche Länge einer Brücke bei hohen und tiefen Temperaturen aus. Spannend ist es, wenn Festkörper mit unterschiedlich starker Wärmeausdehnung verbunden sind. Dann krümmen sich diese nämlich bei Temperaturveränderungen ( A 11 ). Diesen Effekt nutzt man bei BimetallThermometern aus und bei Schaltern für die Wärmeregelung, etwa bei Bügeleisen (B 21.24) oder Toaster. Achte einmal auf das leise „Klick“, wenn sich ein Bügeleisen ein oder ausschaltet. B 21.22 Schienenverwerfung durch starke Ausdehnung in der Sommerhitze a Rollenlager b Dehnungsfuge B 21.24 Wenn sich der Bimetallstreifen im Bügeleisen erwärmt, biegt er sich nach oben und unterbricht den Kontakt. Kurz zusammengefasst Praktisch alle Stoffe dehnen sich aus, wenn man sie erwärmt. Das kann zu Schwierigkeiten führen, etwa bei Brücken, Schienen oder Gläsern und sogar globale Probleme verursachen, wie den Anstieg der Meere. Man kann diesen Effekt aber auch praktisch nützen, etwa bei Thermometern, Bügeleisen oder Toastern. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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