Frage von Larslumer, 126

Metallscheibe Loch?

Hallo ich hab mal ne frage bei der Erwärmung eines Metalls dehnt es sich doch in alle seiten gleich aus. Nun hab ich aber gelesen das ein loch in der Scheibe größer wird. Das ist doch aber unlogisch.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von henzy71, 66

Beim Erhitzen dehnt das Metall sich aus. Du bekommst aber nicht mehr Metall. Die Anzahl Metallatome bleibt gleich!!!! Um das Loch kleiner werden zu lassen, müssten die Metallatome näher zusammenrücken aber beim Erhitzen passiert genau das Gegenteil.

Gruß

Henzy

Kommentar von henzy71 ,

Danke für den * :-)

Antwort
von WeicheBirne, 55

Ich habe eine Vermutung, bin mir aber nicht sicher ob die physikalisch ganz exakt ist.

Vielleicht weißt Du, daß die Atome in einem Metall in einer Kristallstruktur angeordnet sind. Du kannst Dir die Atome als Kugeln vorstellen, die in einer bestimmten Weise aufeinandergestapelt sind. Für Zink kannst Du Dir diese Struktur zum Beispiel hier ansehen

https://www.webelements.com/zinc/crystal\_structure.html


Wenn Du das Metall etwas erwärmst fügst Du ihm zwar Energie zu, aber die Energie reicht nicht aus um die Kristallstruktur zu zerstören oder einzelne Atome von ihrem Platz zu reißen und woanders wieder einzufügen. Dafür müßtest Du das Metall so stark erhitzen, daß es (fast) schmilzt.

Laß uns also mal im Hinterkopf behalten, daß sich das Metall bei Erwärmung zwar ausdehnt, aber die Anordnung der Atome nicht verändert werden darf. D.h. die Abstände zwischen den Atomen dürfen sich zwar ändern, aber die Gesamtstruktur muß erhalten bleiben. Wenn vier Atome zum Beispiel vor der Erwärmung so angeordnet sind

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können sie nach der Erwärmung so angeordnet sein

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aber nicht so

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Die ursprüngliche Form/Struktur muß erhalten bleiben.



Unterschiedliche Metalle haben unterschiedliche Kristallstrukturen, die teilweise relativ kompliziert aussehen. Für meine Antwort möchte ich mir darum eine ganz einfache Struktur ausdenken. Dann ist das leichter zu erklären.

Stell Dir mal vor Du hast eine Metallscheibe, die so flach ist, daß sie aus einer einzigen Schicht Atome besteht. In dieser Scheibe sind die Atome in Kreisen um das Loch herum angeordnet. Die Kristallstruktur ist also kreisförmig. Das ganze stelle ich mir etwa so vor

http://www.shutterstock.com/pic-32189428/stock-photo-chrome-spheres-in-concentri...


Wenn die Scheibe erhitzt wird können die Abstände zwischen den Atomen sich zwar vergrößern, jedes Atom muß aber in seinem Kreis bleiben. Sonst würde ja die Kristallstruktur zerstört. Die einzige Möglichkeit ist daher, daß jeder Kreis sich ausdehnt, der innerste genauso wie der äußerste. Dadurch wird das Loch in der Mitte größer.

Antwort
von steefi, 48

Nein. Wenn Du eine Schreibe von d=10 mm mit einem Loch von d=1 mm  hast, dann hast Du nach der Erwärmung eine Scheibe von d=100 mm mit einem Loch von d=10 mm, da sich das Material nach ALLEN Seiten ausdehnt.

Kommentar von Larslumer ,

Ich verstehe das immer noch nicht erklär mal auf Teilchenebene denn auf Teilchenebene schwingen sie ja in alle Richtungen die Atome

Kommentar von steefi ,

Male einmal 20 Kreise mit d=5mm und positioniere sie so zu einem großen Kreis, daß insgesamt eine Scheibe mit einem Loch entsteht. Dann male 20 Kreise mit d=10mm und mach das gleiche, dann siehst Du es.

Antwort
von Maisbaer78, 62

Nein ist es nicht. Stell dir vor, dass du einen Torbogen aus gemauerten Keilziegeln hast. Vergrößerst du die Materialmenge, also fügst Ziegel hinzu, steigt auch dessen Radius.

Kommentar von Larslumer ,

Ja aber wenn diese Scheibe überall gleich erhitzt wird dehnt es sich doch in jede Richtung

Kommentar von Maisbaer78 ,

Ja, aber zur Lochmitte hin kann es sich nicht ausdehnen, da es ja sich dann ja verdichten müsste. Es strebt ja von allen Seiten Material da hin. Das Metall verdrängt sich also selbst.

Kommentar von Larslumer ,

Dann bleibt das Loch gleich groß

Kommentar von Maisbaer78 ,

Nein. Der Umfang vergrößert sich aufgrund der Materialausdehnung. Größerer Umfang, größerer Durchmesser.

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