Wasser als Thermometer- Flüssigkeit nehmen?
https://www.gutefrage.net/frage/warum-kann-man-nich-auch-wasser-als-thermometer--fluessigkeit-nehmen
Kannst du grundsätzlich schon, aber du solltest mit diesem Thermometer keine Temperaturen unter 4 °C messen.
Stimm ich mit überein.
Weil Wasser sich nicht so stark bei erwärmung ausdehnt bzw. umgekehrt.
Mal angenommen du hast Wasser in einem rohr und erwärmst das um 10°, du würdest wahrscheinlich keinen unterschied feststellen.
Stimmt das? Wasser hat doch einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Quecksilber.
Unter 0 °C gefriert es und das Röhrchen platzt - das war's dann mit dem Wasserthermometer.
Platzt das Glas wirklich? Also die Dichte müsste ja so bei 0,91 liegen. Das Wasser steigt erst bis ganz nach oben? Und dann platzt das Rohr?
Und was würde bei über 100 °Grad passieren? Würde das Rohr dann auch platzen?
4 Antworten
Im Grunde geht das schon. Die ersten Thermometer bestanden aus einer schlichten (glas-) Kugel und einem senkrechten Steigrohr. Wir kennen die Dichteanomalie des Wassers, d.h den nichtlinearen Verlauf der Dichte... im Bereich 0- ca 8Grad C gibt es für eine bestimmte Dichte 2 Lösungen für die Höhe im Steigrohr. Allerdings müssen wir der Dichteanomalie noch die Volumenausdehnung überlagern... wie die Kurve dann aussehen würde (z.B. Steighöhe als Fkt der Temperatur, wäre zu berechnen
Damit können wir sagen: ein Thermometer miut Wasserfüllung ist ok, wenn wir es für Temperatuen oberhalb von 8 Grad C einsetzen und die Skala eichen. Ein Sieden ist natürlich auch zu vermeiden...
..., würden wir z.B. bei 4 Grad anfingen, wüssten wir nicht, ob die angezeigte Temperatur bei z.B. 6 Grad ... 6 Grad oder 2 Grad ist (Horizontale in dem geschicken Diagramm).
Die Kugel wurde als Reservoir genommen, weil die Glasbläser sie einfach herstellen konnten, später ging man dann zu den länglichen Reservoirs über
2 Lösungen: das bezieht sich auf das geschickte Diagramm. Zwischen (ca.)0 und 8 Grad gibt es zu einer bestimmten Dichte 2 mögliche Temperaturen
Wenn dein Steigrohr oben verschlossen ist, könnte ein Sieden zum Bersten führen. Steigrohr oben offen führt nur zum Flüssigkeitsverlust... dann musst du halt wieder etwas nachfüllen....
Das Rohr würde beim gefrieren und bei zu hohen Druck (also vermutlich Kochen) zerbrechen. Beim gefrieren einfach nur, weil sich Eis ja ausdehnt - das ist ja eine der Anomalien des Wassers, und auch der Grund, weshalb das mit dem Wasserthermometer eine schlechte Idee ist.
Das sich das Wasser nicht stark genug ausdehnt sehe ich nicht als Problem. man muss nur das Vorratsgefäß mit Messflüßigkeit groß genug machen im Verhältnis zum Rohrinnendurchmesser. Aber genaue Werte kenne ich jetzt auch nicht - wäre aber logisch, da wenn sich mehr Wasser ausdehnt, sich eine dünnere Wassersäule auch stärker bewegt. Dann sollte man das Einfärben vom Wasser nicht vergessen sonst wird das mit dem ablesen nichts.
Wie schon erwähnt ist das also möglich, jedoch sinnfrei, wenn man damit Außentemperaturen messen will, eher sowas wie Raumtemperaturen.
Das Rohr würde beim gefrieren und bei zu hohen Druck (also vermutlich Kochen) zerbrechen.
Mich würde noch interessieren, ob das Glas eher unter 0°C oder über 100°C schneller zerbricht? Ich denke über, weil das Gas muss doch eine sehr sehr viel geringere Dichte als Eis haben.
Dann sollte man das Einfärben vom Wasser nicht vergessen sonst wird das mit dem ablesen nichts.
Aber warum muss man das Wasser einfärben? Sagen wir wir haben ein Glas mit Wasser. Und macht mit einem auf Glasschreibbaren Stift, Striche bei den wichtigsten Punkten.
Wie schon erwähnt ist das also möglich, jedoch sinnfrei, wenn man damit Außentemperaturen messen will, eher sowas wie Raumtemperaturen.
Oder halt im Urlaub in Hawaii auf ner warmen Insel. Als Thermometer to-go.
Bei 20°C ist der Ausdehnungskoeffizient nahezu identisch mit Quecksilber:
Quecksilber[3]0,1811
Wasser bei ca. 20 °C 0,2064
Wär doch sinnlos Quecksilber zu verwenden, da es ungesund ist.
Bei über 100°C hat man ein Gas, da kann das allmählich im Druck steigen. Beim Übergang flüssig - fest baut sich enormer Druck auf:
https://videoportal.uni-freiburg.de/video/Sprengkugel/9b97ae6def812909a0bbe1151c874c8b
Das Wasser färbt man ein, damit man die Skala ablesen kann, sonst ist die Flüssigkeit im inneren schlecht sichtbar.
Auch besteht heute häufig kein Problem mehr mit Quecksilberthermometern, es werden stattdessen eher welche mit Ethanol genommen.
Das mit den Außentemperaturen war eher darauf bezogen, dass das ganz sicher bei 0°C kaputt geht - und wer hat schon 0°C drinne? Das es natürlich solche Tropischen Plätze wie Hawaii gibt, vergaß ich wohl bei meiner Annahme.
Beim Übergang flüssig - fest baut sich enormer Druck auf.
Mich stört immer dieses "Wasser in Flasche, Flasch zerbricht in Eis"
Wenn das Gefäß doch groß genug ist, dass das Eis problemlos entstehen kann, dann kann doch da auch nichts zerbrechen oder?
Das Wasser färbt man ein, damit man die Skala ablesen kann, sonst ist die Flüssigkeit im inneren schlecht sichtbar
Ok wenn man möchte kann man das Wasser noch einfärben, aber das ist jetzt kein muss.
Ich frag mich jetzt noch wie groß das Glas sein muss? Also wenn man das jetzt mal wirklich selber bauen würde. Ich habe ein Zimmerthermometer Geodreiecklänge 14 cm von - 40 bis + 50. So in der Länge könnte man das doch auch mit Wasser machen.
Kann man sich wirklich einfach so ein Glasrohr nehmen und da Wasser rein tun und schon hat man ein Thermometer? Also einfach das Glas bei 0° bis zum 0° Strich auffüllen. Und das kann sich dann von alleine bis 99°C ausdehnen? Ne, man muss ja bis 4°C auffüllen wegen der höchsten Dichte.
Und wie genau muss man sich das mit dem Einfrieren vorstellen?
Das Thermometer ist auf 4°C und dann wird es noch kälter.
Die Temperatur auf dem Thermometer steigt aber? Und dann friert das Wasser ein? Sagen wir mal so bei 10°C friert das Wasser ein und vom 10°C Strich dehnt es sich aus bis zum 100°C Strich bis, wenn das Glas zu klein ist, das Glas dann zerbricht?
Das waren zwar nicht meine Worte, zustimmen tue ich trotzdem.
Und das Eis so zerstörerisch sein kann, liegt hauptsächlich daran, dass das zum festen Stoff wird, welcher eben Druck ausübt. Wieso sich der Druck nicht nach oben hin ausgleicht? Wenn Du im Winter einen Eimer siehst, so kann Wasser darin gefroren sein. Das Eis ist jedoch eher nicht ein Kristall, sondern das sind mehrere. Das liegt daran, dass es Kristallisationskeime gibt (Staub und Dreck oder sowas - auch der Grund, wieso es solche Videos gibt, wo Leute eine Unterkühlte Wasserflasche mit sehr sauberem Wasser auf den Tisch hauen und das sofort gefriert)
welche eben jeder einen anderen Kristall mit einer anderen Orientierung ausbilden würden, und so würde sich jeder Kristall in eine andere Richtung ausbilden - was zur Folge hat, das die Seiten, welche auch am größten sind, am meisten Druck abbekommen.
Also ja, wenn das Gefäß groß genug ist, so wird nichts zerbrechen. Das wäre dann aber für ein Thermometer zu groß.
Nun zu deiner Antwort zu meiner Antwort:
Das Wasser färben kannst Du natürlich auslassen, wäre nur eine Empfehlung.
Und wenn Du sagst, dass das die gleichen Werte hat wie Quecksilber, so machst Du das auch wie ein Quecksilberthermometer. Das kommt aber alles drauf an, welchen Durchmesser das Rohr hat und wie viel Wasser im Speicher ist.
Also nur um mal zu dem Unterkühlten Wasser zu kommen: Du könntest also mit Destillierten Wasser ein geschlossenes System machen, wofür Du aber das Rohr zumachen müsstest... Bei Glas im Haushalt etwas schwer, aber möglich. Dann müsstest Du das unter 0°C nicht anfassen, da das Ding sonst Gefahr läuft trotzdem zu gefrieren, und wenn es dann kälter wird, so dehnt sich der Eiskristall weiter aus, man weiß nicht wohin.
Auf den letzten Absatz muss ich nicht mehr eingehen, ich schrieb ja schon, das sich das Wasser irgendwohin ausbreiten wird, je nachdem wenn du es bewegst und so irgendwo ein Kristall entsteht, welcher dann eine Kettenreaktion anfangen lässt, wodurch weitere Kristalle entstehen, bis alles Eis ist. Dann würde es also entweder kaputtgehen oder, falls es sich dann doch weiter in die richtige Richtung ausdehnen sollte, doch die falsche Temperatur anzeigen.
Wie schon erwähnt ist es nicht sinnvoll ein solches Thermometer für draußen zu bauen, drinne ist es aber möglich.
Also ja, wenn das Gefäß groß genug ist, so wird nichts zerbrechen. Das wäre dann aber für ein Thermometer zu groß.
Ja warte mal kurz:
Die Dichte von Eis ist doch bei 0,91 ca.
Also muss das Volumen vom Glas doch einfach nur 1,1x größer sein, also statt 15cm 16,5cm oder habe ich mich jetzt immens verrechnet / was nicht beachtet?
Wieso sich der Druck nicht nach oben hin ausgleicht?
Wie ist das gemeint? Dass eingefrorenes Wasser jetzt in diesem Thermometer sich doch nicht nach oben ausgleicht, sondern es schon beim 10°C Strich das Glas zerstört, wegen seitlicher Ausdehnung?
So wie ein Eimer mit wenig Wasser, sich jetzt auch nicht bis nach ganz oben ausdehnt, im Winter, sondern seitlich.
auch der Grund, wieso es solche Videos gibt, wo Leute eine Unterkühlte Wasserflasche mit sehr sauberem Wasser auf den Tisch hauen und das sofort gefriert)
Ja das muss ich mir unbedingt anschauen. Weil ich in meiner Welt nicht verstehen kann warum das Wasser einfriert nachdem es aus einer Flasche kommt. Kannste gerne schicken.
Also, wieso Du jetzt den Innendurchmesser 1,1 mal größer machen willst, verstehe ich nicht - Wenn sich Eis bildet, bildet das einen Kristall. Es ist nur nicht klar, wohin sich dieser ausdehnt, da nicht klar ist, wo sich dieser zuerst bildet.
"Wieso sich der Druck nicht nach oben hin ausgleicht?" Das war die Frage, welche ich direkt danach Beantwortet habe.
https://www.youtube.com/watch?v=yZICTJrZ_6Y
So etwa kann das mit Destilliertem Wasser der Fall sein - oder es gefriert trotzdem einfach irgendwie. Aber wenn das noch nicht gefroren war, dann kann eine Bewegung einen Eiskristall erzeugen, welcher sich bei weiteren absenken der Temperatur weiter ausdehnt - folglich geht auch das Thermometer kaputt.
Die thermische Ausdehnung von Wasser ist ganz und gar nicht linear. Da gibt es also einen wesentlichen Unterschied zu Quecksilber.
Ja das stimmt. Also die Skala wird dann halt unregelmäßige Abstände haben.
Mit gefrierendem Wasser kriegst Du sogar Gußeisen zum platzen. VORSICHT! Splitterwirkung!
Kugel?
Warum die Kugel?
Warum haben wir 2 Lösungen? Ich dachte nur Wasser.
Warum nicht bei 4 Grad C?
Und dann bis sagen wir mal bis 90 Grad?
Das heißt wenn man kocht, und solange das Wasser nicht kocht, kann man eben mal nen Check machen.^^