| Beobachtung |
Erklärung |
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1. Versuch.
In unseren undurchsichtigen Kochkesseln lassen sie sich nicht
alle beobachten; wir wollen daher eine Kochflasche nehmen. Sie ist
zur Hälfte mit Wasser gefüllt. Wir fügen eine Messerspitze voll
Sägespäne (oder fein zerteilter Papierschnitzel) bei. Ein
Thermometer ist so befestigt, dass es bis in die Mitte des Wassers
reicht. Wir setzen die Flasche in einen Ständer über eine
Spirituslampe. Eine brennende Kerze hinter der Kochflasche soll
uns die Vorgänge beim Kochen deutlicher sichtbar machen.
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| Stellt die Wärmegrade des Wassers fest! Merkt auch, dass das
Wasser in der Flasche ganz ruhig ist! Wir zünden die
Spirituslampe an. Was bemerkt ihr bald a), am Thermometer, b) im
Wasser? |
Das Thermometer steigt; die Sägespäne (Papierschnitzel) im
Wasser steigen und sinken |
| Wo waren sie in dem ruhenden Wasser? |
Auf der Oberfläche; sie wurden, da sie
leichter sind als Wasser, von diesem getragen. |
| Wie erklärt ihr euch nun das Steigen
und Sinken der Sägespäne? |
Das Wasser, welches sie trägt, steigt
und sinkt auch. |
| Durch welche Kraft wird das Wasser denn
zum Steigen und Sinken veranlasst? |
Durch die Wärme. |
| Auf welche Weise wird das Steigen des
Wassers bewirkt? |
Das Wasser im unteren Teile der Flasche
ist der Flamme am nächsten, wird daher eher warm als das im
oberen Teile. Da es leichter als kaltes Wasser ist - dies kann
durch Wiegen gleichgroßer Raummengen heißen und kalten Wassers
leicht nachgewiesen werden - steigt es nach oben. |
| Auf welche Weise wird das Sinken des
Wassers herbeigeführt? |
Das Wasser im oberen Teile der Flasche
ist weniger erwärmt als das untere, ist daher schwerer als dieses
und sinkt nach unten. |
| Was geschieht mit dem nach unten
gesunkenen Wasser? |
Wird auch stärker erwärmt und stiegt
nach oben. |
| Wie lange wird das Steigen und Sinken
des Wassers vor sich gehen? |
Bis alle Wasserschichten gleichmäßig
heiß sind. |
Dieses Auf- und Niedersinken des Wassers
wird als Kreislauf des Wassers bezeichnet und ist der erste
Vorgang beim Kochen.
Seht auf den Thermometerstand! |
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| Was bemerkt Ihr an den Wänden und an dem Boden der Flasche? |
Kleine helle Bläschen wie Perlen. |
| Was geschieht mit ihnen? |
Sie lösen sich los, steigen bis zur
Oberfläche und zergehen (zerplatzen) dort. |
| Was mögen diese Bläschen wohl
enthalten? |
Luft; es sind Luftbläschen, die Luft
ist dem frischen Wasser beigemengt, ist zwischen den
Wasserteilchen; sie gibt dem Wasser einen erfrischenden Geschmack;
wenn die Luft aus dem Wasser getrieben ist, schmeckt es fade. |
| Wodurch werden die Luftbläschen sich
bilden? |
Durch die Wärme, welche die Luft im
Wasser ausdehnt, wodurch dann kleine Hohlräume (Bläschen)
entstehen. |
Die Bildung von Luftbläschen ist der
zweite Vorgang.
Achtet auf die Größe der Bläschen! |
Sie werden immer größer. |
| An welchen Stellen der Flasche entstehen
sie, an welchen Stellen aber nicht mehr? |
Entstehen nur am Boden, nicht mehr an
den Wänden. |
| Wie weit steigen sie auch nicht? |
Nicht bis zur Oberfläche. |
| Wo zergehen sie schon? |
Bevor sie die Oberfläche erreichen. Es
sind keine Luftbläschen, sondern Dampfbläschen, die aber in den
oberen kälteren Wasserschichten wieder zu Wasser verdichtet
werden. Dabei wird der Hohlraum, den sie vorher einnehmen, wieder
ausgefüllt, und zwar von den zunächst liegenden Wasserteilchen. |
| Gebt an, was Ihr dabei durch Euer Gehör
wahrnehmt! |
Ein eigentümliches Geräusch, das
Singen des Wassers genannt. |
| Woher entsteht es wohl? |
Durch das Zerplatzen der Dampfbläschen
in den Wasserschichten und das Einbringen der Wasserteilchen in
die Hohlräume. |
| Das Singen ist der dritte Vorgang beim
Kochen. |
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| Beobachtet jetzt die Zahl der Wasserdampfbläschen! |
Sie werden immer zahlreicher. |
| Wie weit gehen sie hinauf? |
Bis zur Oberfläche, wo sie zerplatzen. |
| Welches Geräusch vernehmt Ihr nicht
mehr? |
Singen. |
| Was hört Ihr stattdessen? |
Ein Brodeln. |
| Was merkt Ihr an der ganzen Wassermasse? |
Sie ist in lebhafter Bewegung. |
| Wodurch entsteht diese wohl? |
Dadurch, dass sich in der ganzen
Wassermasse Dampfbläschen bilden, welche die Wasserteilchen mit
fortschleudern. |
| Das ist der vierte Vorgang beim Kochen;
er wird Sieden genannt. |
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| Stellt die Wasserwärme fest! |
100 °C |
| Was kommt aus der Flasche heraus? |
Dampf. |
| Wo bildet er sich? |
Auf dem Boden der Flasche. |
| Welchen Weg muß er also nehmen? |
Durch das Wasser. |
| Wo aber wird der Dampf erst sichtbar? |
Über der Flasche. |
| Warum ist er in der Flasche nicht
sichtbar? |
Ist zu sehr verdünnt. |
| Warum ist er außerhalb der Flasche
sichtbar? |
Das die Dampfbläschen umgebende
Wasserhäutchen platzt an der Oberfläche des Wassers, das
Wasserhäutchen bleibt zurück und der Dampf wird frei; außerhalb
der Flasche ist es kühler, wodurch sich der Wasserdunst
verdichtet, sichtbar wird und dann Wasserdampf genannt wird. |
| Die Dampfbildung ist der fünfte Vorgang
beim Kochen. |
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Versuchsergebnis:
Die fünf Vorgänge beim Kochen.
2. Versuch.Wir vergrößern soweit als möglich unsere Spiritusflamme und
beobachten, ob die Temperatur des Wassers nicht noch höher wird.
Wie hoch steht das Thermometer? Es ändert sich also nicht. Welche
Änderung beim Kochen können wir wohl wahrnehmen bezüglich der
Dampfbildung? (Ist viel stärker) Eine Erhöhung der Temperatur,
also auch ein rascheres Kochen, ist bei reicherem Gebrauch von
Brennmaterial und Vergrößerung des Feuers nicht zu erreichen,
auch auf dem Kochherd nicht. Wir wollen die Spiritusflamme
möglichst klein machen. Beobachtet jetzt das Kochen und die
Temperatur des Wassers! (Das Kochen hält an, die Temperatur
bleibt bei 100 °C.)
Versuchsergebnisse:
Das Wasser lässt sich nicht über seinen Siedepunkt hinaus
erhitzen. Die Wärme, die dem kochenden Wasser zugeführt wird,
dient nur dazu, es in Dampf zu verwandeln. Die bei der
Dampfbildung verbrauchte Wärme heißt Verdampfungswärme.
3. Versuch
Die Flasche mit dem kochenden Wasser wird durch einen Korb
luftdicht verschlossen und umgewendet, so dass der kugelige Teil
nach oben gerichtet ist. Nach einigen Augenblicken, wenn das
Kochen aufhört, tröpfeln wir aus einem Schwamm vorsichtig Wasser
auf die Kugel. Was beobachtet Ihr? (Das Wasser fängt wieder an zu
kochen.) Messt rasch die Temperatur des Wassers in der Flasche!
(Weit unter 100 °C.)
Und doch siedet es. Wie ist das zu erklären? (Über dem
kochenden Wasser war Wasserdampf, die atmosphärische Luft war
hinausgetrieben.) Die Abkühlung der Flasche (durch kaltes Wasser)
führte eine Verdichtung des Dampfes herbei; dieser nahm nun
weniger Raum ein, so dass über dem Wasser eine fast luftleere
Stelle entstand. Weitere atmosphärische Luft ist durch den Korb
abgesperrt; der Druck auf die Oberfläche des Wassers ist daher
viel geringer als in der offenen Flasche. In der offenen Flasche
hat der Dampf (der sich bekanntlich am Boden bildet) nicht bloß
das Gewicht der Wassersäule, sondern auch den Druck der
Atmosphäre zu überwinden. Ist nun der Atmosphärendruck (wie
z.B. in der geschlossenen Flasche) geringer, so muss die
Dampfbildung, das Sieden, eher (also unter 100 °C) eintreten. Auf
hohen Bergen ist der Luftdruck geringer als in der Tiefebene.
Welchen Einfluss wird das Sieden des Wassers zeigen? (Das Wasser
wird unter 100 °C sieden, auf dem Mont Blanc z.B. schon bei 84
°C.) Inwiefern wird das Gewicht der Flüssigkeitssäulen eine
Änderung des Siedepunktes bewirken? (Flüssigkeiten, die leichter
sind als Wasser, werden unter 100 °C, solche, die schwerer sind,
erst über 100 °C sieden; Beispiele (durch Versuche
festzustellen); Weingeist siedet bei 78 °C, Ether bei 35 °C,
Meerwasser bei 104 °C, Terpentinöl bei 160 °C, Quecksilber bei
360 °C).
Versuchsergebnisse:
Je geringer der Luftdruck und je leichter die Flüssigkeit,
desto früher das Sieden und umgekehrt.
4. Versuch.
Wir haben nun das Sieden bei niedrigem Druck kennen gelernt;
welche Frage möchten wir nun auch noch wohl beantwortet wissen?
(Wie das Sieden bei höherem Druck erfolgt.) Wodurch werden wir
einen höheren Druck erzielen können? (Wenn wir den umgekehrten
Weg der Verminderung des Drucks einschlagen, also nicht durch
Abkühlung in verschlossenen Gefäßen, sondern durch Vermehrung
des Wasserdampfes in denselben. Warum werden wir den Versuch nicht
in einer Kochflasche durchführen dürfen? (Nicht stark genug.)
Welche Gefäße haben wir dazu nötig? (Starke Metallgefäße mit
luftdichtem Verschluss, die nach ihrem Erfinder Papin'sche Töpfe
genannt werden.) Beschreibe die Einrichtung derselben!
Kochversuche damit. Mit welchem Recht führen sie die Namen
Sparkocher und Schnellkocher?
Versuchsergebnis:
Das Sieden bei erhöhtem Luftdruck erfolgt bei erhöhtem
Siedepunkt.
III. Verknüpfung
Die fünf Vorgänge beim Sieden. Der fünfte Vorgang ist die
Dampfbildung, die Überführung des Wassers in den luft- und
gasförmigen Zustand. An welcher Stelle des Wassers erfolgt die
Dampfbildung? (Am Grunde derselben.) Bei welcher Temperatur
erfolgte sie (im offenen Gefäß)? (Bei 100 °C.) Der Übergang
von Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand kann auch bei jeder
beliebigen Temperatur erfolgen, und zwar an der Oberfläche der
Flüssigkeit. Es geschieht nur nicht so auffällig wie beim
Sieden; vielmehr erkennen wir die Veränderung des Zustandes nur
daran, dass die Flüssigkeit abnimmt oder ein nasser Körper
trocknet. Gebt Beispiele dafür an! (Die Schultafel trocknet nach
dem Abwischen, der Zimmerboden nach dem Aufnehmen, die Wäsche
beim Aufhängen, der Weg nach einem Regen.) Diese Vorgänge
heißen Verdunsten. Vergleicht die Vorgänge beim Sieden und beim
Verdunsten miteinander! Welche Kraft ist die Ursache beider
Erscheinungen? (Die Wärme.) Wie zeigt sich beim Verdunsten, dass
Wärme verbraucht wird? (Nach einem Regen kühlt sich die Luft ab;
in nassen Kleidern erkältet man sich leicht.)
(Verdunstungskälte). Vergleiche das Sieden in offenen Gefäßen
mit dem in geschlossenen Gefäßen! Auf welche Eigenschaft der
Wärme sind die Erscheinungen des Siedens und des Verdunstens
zurückzuführen? (Die Wärme dehnt alle Körper aus.)
IV. Zusammenfassung
Sprecht die Ergebnisse in kurzen Sätzen (Naturgesetzen) aus!
1. In offenem Gefäße siedet das Wasser (bei gewöhnlichem
Luftdruck) bei 100 °C; es kann in demselben nicht über 100 °C
erhitzt werden.
2. Beim Sieden und bei der Dampfbildung wird Wärme verbraucht.
3. Der Siedepunkt hängt vom Luftdruck ab; je höher dieser
ist, desto höher ist der Siedepunkt und umgekehrt.
4. Beim Verdunsten wird Wärme verbraucht (der zurückbleibende
Körper abgekühlt).
V. Anwendung
Fragen und Aufgaben
- Warum ist es unnütz, unter kochendem Wasser stärker
nachzuheizen?
- Welchen Vorteil bietet das Beschweren der Deckel der
Kochtöpfe?
- Warum muss der Papin'sche Kochtopf ein Sicherheitsventil
haben?
- Warum kommt Wasser in einem Gefäß, das in einen offenen
Kessel siedenden Wassers gestellt wird, nicht auch zum Sieden? (Weil alle Wärme in kochendem Wasser zur Dampfbildung
verbraucht wird, daher an das innere Gefäß nicht genug Wärme
abgegeben werden kann.)
- Warum lässt sich Feuer durch Wasser
löschen?
- Wodurch wird die Verdunstung beschleunigt? (Durch Luftzug,
Wärme und größeren Abfluss. Nachweisen beim Trocknen der
Wäsche.)
- Warum beschlagen Fensterscheiben, wenn es draußen kalt, im
Zimmer aber geheizt wird?
- Warum beschlagen kalte Gläser, wenn sie in ein geheiztes
Zimmer gebracht werden?
- Warum hat man ein Kältegefühl, wenn man aus dem Bade
steigt?
- Warum herrscht im Frühjahr auch bei starkem Sonnenschein
kalte Luft, so lange noch Eis und Schnee schmelzen?
- Warum ist es nach einem Regen kühler?
- Auf welche Weise kann man sich bei durchnässten Kleidern
vor Erkältung schützen? (Durch ständige Bewegung.)
- Warum bleibt Wein (Wasser u. dergleichen) in größeren
Gefäßen kühl?
- Warum umhüllten Landleute, die Bier, Milch oder andere
kalte Getränke mit ins Feld nehmen, die Gefäße mit nassen
Tüchern oder feuchten Pflanzenblättern?
- Warum lässt man behufs Gewinnung des Salzes das Meerwasser
in große Gruben fließen, das Salzwasser über Gradierwerke
laufen?
- Warum wirken nasse Tücher bei Fieberhitze kühlend?
- Welche Mittel haben wassergierige Pflanzen zur Förderung,
Trockenpflanzen zur Hemmung der Verdunstung? (Förderungsmittel:
viele Spaltöffnungen; große, glatte, dünne Blätter;
Wachsüberzug, Haarleisten, Träufelspitzen, Wasserrinnen.
Hemmungsmittel: wenige Spaltöffnungen; kleine, behaarte Blätter;
Zusammenrollen und Falten derselben; Wachsüberzug, Lederhaut,
Stachelbildung, Gummi- und Harzsaft.
- Welche Vorteile hat das Kochen der Speisen? (Werden
schmackhafter und leichter verdaulich.)
- Warum erkältet man sich leicht, wenn man sich nach einem
anstrengenden Marsche, Laufen und dergleichen der Zugluft
aussetzt?
- Warum werden heiße Speisen durch Blasen kälter?
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