Holz- und Metallzylinder zum Anfassen; trivial
Mit einem Demonstrationsthermometer wird Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen (Eiswasser, Zimmertemperatur, heißes Wasser) gemessen und mit der Kamera gezeigt.
Ein Gasvolumen ändert sich bei Temperatur- und Druckänderungen.
Das Bild einer Glühwendel wird durch einen Rotfilter abgebildet. Ist die Glühlampe ausgeschaltet, ist das Bild der Wendel deutlich sichtbar. Schaltet man nun die Lampe ein, wird mit zunehmender Helligkeit der Wendel das Bild immer undeutlicher, bis es (fast) nicht mehr sichtbar ist.
Spannungsanzeige über Galvanometer (qualitativ) eines Thermoelementes. Ein Sensor in Eiswasser, der andere in Wasser bei Zimmertemperatur.
Thermochromstifte
Die Thermochromfarbe wird auf ein Stück Blech aufgetragen, das mit Hilfe eines Bunsenbrenners oder eines Heißluftgebläses erhitzt wird. Wird eine bestimmte Temperatur erreicht, schlägt die Farbe um.
Silberquecksilberjodid
Ein mit Silberquecksilberjodid bestrichenes Blechstück wird in heißes Wasser getaucht. Die ursprünglich gelbe Farbe schlägt in rot um. Beim Abkühlen nimmt das Blech wieder die gelbe Farbe an.
Der Effekt ist bei Silberquecksilberjodid wesentlich deutlicher und besser zu sehen als bei den Thermochromstiften.
Gezeigt wird die Anomalie des Wassers: In eine hohle Kugel aus Gußeisen wird (dest.) Wasser eingefüllt und die Kugel verschlossen. Taucht man die Kugel in flüssigen Stickstoff, dehnt sich das Wasser aus und sprengt die Kugel. Dabei entsteht eine große Stickstoff-Fontäne.
Die Luft in einem Glaskolben wird erwärmt. Sie dehnt sich aus und entweicht durch eine dünne Röhre, die in Wasser taucht. In der Projektion sieht man die austretende Luft als Bläschen im Wasser aufsteigen.
Wasser in einem Glaskolben wird erhitzt. Es dehnt sich aus und steigt in einem Steigrohr auf.
Ein Eisenstab wird erhitzt und in heißem Zustand mit Hilfe eines Bolzens eingespannt. Kühlt er ab, zieht er sich wieder zusammen. Die dabei auftretenden Kräfte sind so groß, daß der Bolzen gesprengt wird. Muß etwa ½ Std. vorgeheizt werden, Abkühldauer ca.10-15 min.
Durch ein Metallrohr, das an einer Seite fest eingespannt ist, wird heißes Wasser geleitet. Das freie Ende drückt gegen einen Bolzen, dessen Verschiebung auf einen Zeiger übertragen wird. Auf der zugehörigen Skala kann die Ausdehnung abgelesen werden. Deutlicher Effekt; es wären auch quantitative Messungen möglich.
Eine Bimetallspirale wird mit dem Bunsenbrenner erhitzt und die Verformung in der Projektion gezeigt.
Ein Blech schrumpft bei Abkühlung mit flüssigem Stickstoff.
Der Stromfluß durch einen NTC- und einen PTC-Widerstand wird gemessen. Die Widerstände werden mit einem Föhn erhitzt und die Änderung der Ströme gemessen. Zum Vergleich kann der Versuch mit einem ohmschen Widerstand wiederholt werden
Der Stromfluß durch eine Konstantan-Wendel und eine Eisen-Wendel wird gemessen. Die Metalle werden mit dem Bunsenbrenner erhitzt. Während sich der Strom durch den Konstantan-Draht nicht ändert, nimmt er im Eisen-Draht ab.
Eine Glühlampe wird über kleine Kupferspulen an eine 9V-Batterie angeschlossen. Die Lampe leuchtet schwach. Taucht man die Spulen in flüssigen Stickstoff, sinkt der Widerstand des Kupferdrahtes, und die Lampe leuchtet wesentlich heller.
Die Thermosäule dient zur Strahlungsmessung. Ihr Funktionsprinzip entspricht mehreren hintereinander geschalteten Thermoelementen. Man kann die Strahlungswärme eines Menschen feststellen.
Zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität fester Körper wird der Probekörper mit bekannter Masse auf eine Ausgangstemperatur gebracht Dann bringt man den Körper in ein Gefäß bekannter Wärmekapazität, welches mit Wasser bekannter Masse und Ausgangstemperatur gefüllt ist. Nach kurzer Zeit stellt sich eine Mischtemperatur ein, die gemessen wird. Mit diesen Werten kann die spezifische Wärmekapazität berechnet werden.
Eine Blei und eine Aluminiumkugel werden im Wasserbad auf 100°C erwärmt und danach auf einen Wachsklotz gelegt. Es stellt sich heraus, daß die Kugel mit der höheren Wärmekapazität, die Aluminiumkugel, das Wachs schneller schmelzen läßt. Wärmekapazität Al: 0,9kJ/kgK; Pb: 0,13 kJ/kgK
In diesem Demonstrationsversuch wird die verschieden große Wärmeleitfähigkeit der Stoffe Kupfer und Eisen gezeigt. Zwei Stäbe gleichen Querschnitts aus Kupfer (lCu = 395 W/mK) und Eisen (lFe = 80 W/mK) bilden mit einem Mittelstück aus Kupfer ein T-Stück. Das Mittelstück wird in heißes Wasser eingetaucht und die Wärme auf beide Arme übertragen. Um die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit sichtbar zu machen, sind die Seitenarme mit Silberquecksilberjodid bestrichen, das bei einer Temperatur von 42° C von einer Gelb- auf eine Rotfärbung umschlägt. Dadurch kann man beobachten, wie schnell eine bestimmte Temperatur (nämlich die des Farbumschlags) in den verschiedenen Materialien fortschreitet.
Wasser hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Das soll mit diesem Versuch demonstriert werden. Ein mit Wasser gefülltes Reagenzglas, an dessen Boden ein Stück Eis befestigt ist, wird im oberen Bereich erhitzt. Obgleich das Wasser oben kocht, schmilzt das Eis unten nur ganz allmählich.
Mit diesem Versuch kann das mechanische Energie-Äquivalent der Wärmemenge quantitativ bestimmt werden. In dem Gerät wird während des Versuches ständig mechanische Energie durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt.
Durch Erwärmung krümmen sich Bimetallstreifen und verschieben dabei den Schwerpunkt des Rades, das sich zu drehen beginnt.
Wird ein Gas expandiert oder komprimiert, ohne daß ihm dabei zusätzlich Wärme zugeführt oder entzogen wird, nennt man das eine "adiabatische Zustandsänderung". An der Energieumwandlung ist allein seine innere Energie beteiligt. In diesem Versuch wird ein Gas in einem isolierten Kolben komprimiert und die Temperaturänderung des Gases angezeigt.
In diesem Versuch wird durch sehr schnelle Expansion die Wirkung der Temperaturerniedrigung als Kondensation von Spiritus in Form eines Nebels gezeigt.
Die Schwingungsdauer einer Kugel in einem Gasrohr über einem Gasvolumen (Glasflasche) wird gemessen. Mit diesem Wert kann der cp/cv-Wert berechnet werden. Rechnung aufwendig, fehlende Parameter.
Der Versuch nach Clèment und Desormes dient zur Bestimmung des Verhältnisses der spezifischen Wärmekapazitäten cp/cv.
Eine Glasflasche von mehreren Litern Inhalt hat ein Anschluss-Rohr mit Absperrhahn über das ein Überdruck erzeugt werden kann und ein U-Rohr als Manometer. Machdem man einen Überdruck, kontrolliert durch das Manometer, in der Flasche erzeugt hat, schließt man den Absperrhahn. Öffnet man den Hahn kurzzeitig zum Druckausgleich beobachtet man nach dem Schließen des Hahnes einen erneuten Druckanstieg.
Der Grund hierfür liegt in der Abkühlung der Luft während ihrer Ausdehnung beim Öffnen des Hahnes. Nach dem Schließen tritt allmählich ein Temperaturausgleich ein, d.h. die Luft erwärmt sich auf die Temperatur der Umgebung, wodurch eine Druckerhöhung stattfindet.
In einem Becherglas werden gleiche Mengen Eis und siedendes Wasser gemischt. Aus der Temperatur nach dem Schmelzen des Eises kann man die Schmelzwärme berechnen.
Die einer Flüssigkeit beim Schmelzen zugeführte Energie kann bei der Erstarrung der Flüssigkeit zurückgewonnen
werden. Als Demonstrationsversuch hierfür eignet sich Natriumthiosulfat (Na2S2O3
Unter hohem Druck erniedrigt sich die Schmelztemperatur von Eis. Zur Demonstration dieses Effektes wird eine Drahtschlinge um einen Eisblock gelegt, an der ein schweres Gewicht hängt. Unter der Drahtschlinge entsteht so ein sehr hoher Druck. An der Berührungsfläche schmilzt das Eis unter der Schlinge, der Draht sinkt in das Eis ein, und das Wasser quillt über den Draht hervor. Über der Schlinge ist dann kein Druck mehr vorhanden, und das Wasser gefriert wieder. Der Draht wandert auf diese Weise langsam durch den Eisblock, ohne ihn zu zerschneiden.
Die Temperatur, bei (bzw. oberhalb) der eine Verflüssigung eines Gases auch durch Anwendung noch so hoher Drucke nicht mehr möglich ist, heißt die kritische Temperatur des Gases. In einer Druckkammer ist soviel von einem Gas (Spezialkältemittel Freon 115) eingefüllt, daß es teilweise verflüssigt ist. Die kritische Temperatur des Gases liegt über der Zimmertemperatur. Durch Erwärmung kann gezeigt werden, daß bei Erreichen der kritischen Temperatur die Trennungslinie zwischen der Flüssigkeit und dem Gas verschwindet. Beim Abkühlen wird die Kammer undurchsichtig, dann halb undurchsichtig, und aus dem Nebel erscheint wieder die Trennlinie.
Aceton wird auf ein Digitalthermometer geträufelt. Man beobachtet die Abkühlung.
Ein Stirling-Motor kann als Motor und umgekehrt als Wärmepumpe eingesetzt werden. Über einen Laser und einen beweglichen Spiegel wird das p-V-Diagramm projiziert.
Auf einem Overhead-Projektor wird die Funktionsweise eines Stirling-Motors erläutert.
Ein optisch ansprechender Stirling-Motor betrieben mit Spiritus-Brenner.
Die Lichtmühle dreht sich durch den Impulsübertrag von unterschiedlich schnellen Gasmolekülen auf Flächen mit unterschiedlicher Temperatur.