Wärme- und Phasenübergänge

Wärme, du weißt schon, was das ist. Oder vielleicht doch nicht? Mal sehen, was die Wärme von diesem Herd mit kaltem Wasser anstellt. Die Wärme vom Herd verteilt sich im Topf mit dem kaltem Wasser. Lass uns mal aus nächster Nähe anschauen, wie sich die Moleküle erwärmen.

Siehst du, wie sie vibrieren? Je wärmer das Wasser ist, desto mehr vibrieren sie. Wenn sie schneller vibrieren, fangen sie an, sich langsam voneinander zu entfernen. Einige der Moleküle spalten sich von den anderen ab und fliegen weg. Sie verwandeln sich in Wasserdampf.

Wenn wir sagen, dass etwas wärmer wird, bedeutet das, dass die Moleküle an Energie gewinnen und sich schneller als zuvor bewegen. Ohne die Wärme vom Herd, kühlt sich der Wasserdampf ab, da die Moleküle langsamer werden. Aber was ist mit den Molekülen, die weggeflogen sind? Mit weniger Energie bewegen sich die Wassermoleküle langsamer und kommen einander näher. Und wenn sie wieder so richtig dicht aneinander sind, verwandeln sie sich in Flüssigkeit.

Schauen wir mal, was geschieht, wenn wir das Wasser weiter abkühlen. Je mehr wir das Wasser abkühlen, desto näher kommen die Moleküle zusammen. Bis es keine Flüssigkeit mehr ist, sondern eine feste Masse. Das Wasser ist zu Eis geworden. Wenn sich ein Stoff zwischen verschiedenen Zuständen wie Eis, Flüssigkeit und Gas verwandelt, reden wir von einem Phasenübergang.

Die drei häufigsten Phasen sind: die feste Phase, die flüssige Phase und die gasförmige Phase. Das Erwärmen oder Abkühlen einer Substanz bringt diese dazu, in eine andere Phase zu wechseln. Okay, Philipp! Verwandeln wir dieses Wasser mit einem Phasenübergang zu Wasserdampf! Der Wasserdampf nimmt mehr Platz ein, weist aber die gleiche Zahl an Wassermolekülen auf wie die Flüssigkeit zuvor.

Erwärmung hat also das Wasservolumen erhöht, ohne dabei die Wassermenge zu verändern. Aha! Wir können dieses Wissen bei der Messung von Temperaturen nutzen. Dieser Stoff heißt Quecksilber – ein Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist. Erwärmen wir das Rohr, erhöht sich das Volumen der Flüssigkeit und nimmt mehr Raum ein.

Kühlt es hingegen ab, nimmt die Flüssigkeit weniger Platz in Anspruch. Indem wir seitlich Markierungen und Zahlen anbringen, können wir die Temperatur messen. So funktioniert ein Thermometer! Thermometer enthielten früher Quecksilber, doch da Quecksilber für den Menschen giftig ist, verwenden wir heute eine andere Flüssigkeit mit ähnlichen Eigenschaften. Wärme ist also Bewegung: Je mehr Moleküle sich in etwas bewegen, desto wärmer ist es.