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Transcript

Physikalische Eigenschaften des Wassers

1.2 Spezielle physikalische Eigenschaften

Farbe:

flüssig/gasförmig farblos

fest transparent bzw. weiß

1. Allgemeine Eigenschaften

Wärmeleitfähigkeit: 0,597 W/m*K

elektrische Leitfähigkeit: 5,5*10^-6 S/m

Leitungswasser das 1.000 bis 10.000 fache

Viskosität: 1,0 mPa*s

Dichte

Gewicht eines Stoffes bei einem bestimmten Volumen

p(Rho)=m/V

Einheit: g/cm³

Dichte von Wasser = 1,0g/cm³

Temperaturgrenzen

(Punkt der Aggregatzustandsänderung)

Schmelztemperatur

0°C = 273,15K

Siedetemperatur

100°C = 373,15K

1.5 Spezifische Wärmekapazität

Energiemenge zur Erhöhung der Temperatur einer bestimmten Masse

Formelzeichen: c

Einheit: kJ/kg*K

c(Wasser) = 4,19 kJ/kg*K

~2/3 der Erdoberfläche

~1,4 Mrd. km³

Süßwasser circa 35 Mio. km³

(2,5 % der weltweiten Wasserreserven)

zugänglich für den Menschen

circa 0,105 Mio. km³

0,3% des Süßwassers

(nicht als Reinstoff)

natürlich in allen drei Aggregatzuständen auf der Erde

[2]Schmelz-/Verdampfungsenergie

1.3 Zusammenhang

Dichte - Spezifisches Volumen

1.4 Einfluss des Luftdrucks auf die Siedetemperatur

Sieden -> Übergang von flüssig zu gasförmig

-> Bildung von Gasblasen in der Flüssigkeit

[1] Siedekurve

das (Masse-)Spezifische Volumen

v=1/p=m/V

-> Kehrwert der Dichte

Einheit: m³/kg

Beispiel: 0,001m³ Wasser

= 1kg

heißt: Je höher die Dichte eines Stoffes, desto geringer das massespezifische Volumen.

Je höher der Luftdruck, desto mehr Energie brauchen Wassermoleküle um aus der Flüssigkeit als Dampf zu entweichen.

2. Wichtige Eigenschaften

für Anlagenmechaniker*innen

Gliederung

Aggregatzustand flüssig (bei Raumtemperatur)

- leichter Transport durch Rohre

- gute Wärmeübertragung

hohe Wärmekapazität

- Aufnahme großer Energiemengen bei einem Heizvorgang

geringe Viskosität

- wenig Reibung

- wenig kinetische Energie erforderlich

geringe Kompressibilität

- bei Leckage schneller Druckabbau

1. Allgemeine Eigenschaften

1.2 Spezielle Physikalische Eigenschaften

1.3 Zusammenhang Dichte-spez. Volumen

1.4 Einfluss des Luftdrucks auf die Siedetemperatur

1.5 Spezifische Wärmekapazität

2. Wichtige Eigenschaften für Anlagenmechaniker*innen

3. Anomalie des Wassers

3.1 Schritte der Energiezu- und abnahme

3.2 Folgen der Ausdehnung

4. Kapillarwirkung von Wasser

5. Wasser als Messmittel

6. Berechnungen

3. Anomalie des Wassers

4. Kapillarwirkung

von Wasser

Kapillare -> schmale langgezogene Hohlräume

aus benetzbarem Feststoff

Bedeutung

3.1 Schritte der Energiezu-/abnahme

Anomalie -> Abweichung vom Normalen

- Abweichung des Dichteverhaltens von Wasser im Vergleich zu anderen Stoffen

normal: Je wärmer ein Stoff wird, desto größer wird seine Dichte. (und umgekehrt)

Wasser: größte Dichte bei 4°C

- darunter/darüber nimmt Dichte ab

- spezifisches Volumen nimmt zu

Grund: starke Wasserstoffbrückenbindungen

Kapillarwirkung -> Sogentstehung durch Zusammenspiel von Adhäsions- und Kohäsionskraft

Adhäsion -> Anziehungskräfte der Atome/Moleküle zwischen zwei nicht mischbaren Stoffen

Kohäsion -> Anziehungskräfte innerhalb eines Stoffes

Quellen

Erwärmen(über 4° C):

-Schwingung/Bewegung der Wassermoleküle nimmt zu

-> Wasserstoffbrückenbindungen werden schwächer

-> Raum zwischen Moleküle wird größer -> Dichte nimmt ab

- ab 100°C dann Dampfbildung

Abkühlen(unter 4°C):

- Schwingung/Bewegung der Wassermoleküle nimmt ab

-> Wasserstoffbrückenbindungen werden stärker

-> Bildung kristalliner Strukturen

[3] Dichte Wasser

[4] Teilchenebene

Folge: Das Wasser wird in den Hohlraum gesogen.

3.2 Folgen der Ausdehnung

[5] Kapillardurchmesser

Technik

-> Schäden am Rohrnetz, Amaturen, Geräten

-> (Gefrieren) Anbringung von Frostschutzeinrichtungen

-> (Verdampfen) Sicherheitsschalter an Geräten

-> (Erwärmen) Sicherheitsventile, Ausdehnungsgefäße

Natur

-> Schäden an Straßen

-> Erosion an Gebirgen

-> Geysire

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!

Websites:

https://www.quarks.de/umwelt/faq-so-viel-wasser-gibt-es-auf-der-erde/

letzter Zugriff: 07.09.23 19:32

https://de.wikipedia.org/wiki/Eigenschaften_des_Wassers

letzter Zugriff: 07.09.23 19:32

https://www.chemie.de/lexikon/Normalbedingungen.html

letzter Zugriff: 06.09.23 17:12

https://www.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Spezifisches_Volumen?utm_content=cmp-true

letzter Zugriff: 07.09.23 18:05

https://www.leifiphysik.de/waermelehre/innere-energie-waermekapazitaet/ausblick/dampfdruck

letzter Zugriff: 07.09.23 17:56

https://studyflix.de/chemie/anomalie-des-wassers-2618

letzter Zugriff: 09.09.23 19:02

https://www.spektrum.de/lexikon/physik/kompressibilitaet/8239

letzter Zugriff: 09.09.23 18:54

https://studyflix.de/chemie/kapillarwirkung-1760

letzter Zugriff: 09.09.23 18:32

https://www.leifiphysik.de/waermelehre/innere-energie-waermekapazitaet/grundwissen/spezifische-schmelz-und-verdampfungswaerme

letzter Zugriff: 07.09.23 18:44

https://wiki.anton-paar.com/de-de/wasser/

letzter Zugriff: 09.09.23 19:01

https://studyflix.de/chemie/anomalie-des-wassers-2618

letzter Zugriff: 09.09.23 19:06

https://www.internetchemie.info/chemie-lexikon/daten/w/wasser-dichtetabelle.php

letzter Zugriff: 10.09.23 17:34

Bücher:

Formelsammlung ``bis zum Abitur´´; Duden Schulbuchverlag; mehrere Autoren; 2. Auflage 2021;

Bildquellen:

Abbildung 1: https://www.energie-lexikon.info/wasserdampf.html?s=rss

Abbildung 2: https://www.leifiphysik.de/waermelehre/innere-energie-waermekapazitaet/grundwissen/spezifische-schmelz-und-verdampfungswaerme

Abbildung 3: https://www.haus-und-gartentrends.de/der-koiteich-aufbau-reinigung-und-haltung-der-koi-fische/

Abbildung 4: https://studyflix.de/chemie/anomalie-des-wassers-2618

Abbildung 5: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/2014.06.17_Water_height_capillary_Geman.jpg

Abbildung 6: https://de.wikipedia.org/wiki/Libelle_(Messtechnik)

Abbildung 7: https://de.wikipedia.org/wiki/Schlauchwaage

Abbildung 8(Handout): http://www.dexgo.com/index.html

5. Wasser als Messmittel

Die Wasserwaage

Vierkantprofil mit Libelle (Wasserkapsel mit Luftblase)

Funktionsprinzip

- Gasblase(Luft) in Flüssigkeit(Wasser)

- Gas leichter(geringere Dichte) als Flüssigkeit

-> Gas entwickelt Auftrieb ("schwimmt oben")

[6] Libelle

Messung von Lot und Waage

Die Schlauchwaage

- zwei im Durchmesser gleiche Kolben mit Skala

- Verbindung mittels Schlauch

- gefüllt mit Wasser

-> Luftdruck/Gravitation erzeugt gleiche Wassersäulenhöhe in beiden Kolben

[7] Schlauchwaage

Horizontale Übertragung eines Höhenmesswertes über weite Strecken

6. Berechnungen

https://www.internetchemie.info/chemie-lexikon/daten/w/wasser-dichtetabelle.php

Welches spezifische Volumen hat Wasser bei 100°C.

Welche Masse besitzen 1200l Wasser bei 65°C?

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