Wie wird ein Flüssigkeitsthermometer verschlossen?
Ich habe mir solch ein Thermometer gebaut:
https://www.simplyscience.ch/kids/experimente/selbstgebautes-thermometer
Mit der Zeit wird das Wasser ja verdunsten, da der Strohhalm oben offen ist. Ein Tropfen Öl obendrauf könnte dagegen helfen. Den Strohhalm oben mit Knete zu verschließen würde das Verdunsten verhindern, aber ein neues Problem schaffen: Bei steigender Temperatur und aufsteigender Wassersäule würde sich dann in dem geschlossenen Strohhalm oberhalb der Wassersäule ein Druck aufbauen, der von oben auf die Wassersäule drückte, sodass die Wassersäule nicht mehr linear pro Temperaturänderung hochsteigen würde.
Wie lösen die Flüssigkeitsthermometer im Handel, die ja geschlossen sind, dieses Problem?
Bonusfragen:
1. Warum füllen die in der Anleitung die Wasserflasche bis zum Anschlag mit Wasser? Wäre es nicht besser, möglichst wenig Wasser zu verwenden, also z. B. nur so viel Wasser zu verwenden, dass sich der Strohhalm gerade komplett mit Wasser füllen könnte? Da Luft eine viel niedrigere Wärmekapazität hat als Wasser wird sie schneller die Umgebungstemperatur annehmen und umso weniger Wasser vorhanden ist umso schneller wird es ebenfalls die Umgebungstemperatur annehmen. Insgesamt wird das Thermometer umso schneller reagieren, je weniger Wasser verwendet wird. Warum also die Flasche komplett auffüllen?
2. Welche Temperaturbereiche können mit Flüssigkeitsthermometern maximal gemessen werden?
1 Antwort
Den Strohhalm oben mit Knete zu verschließen würde das Verdunsten verhindern, aber ein neues Problem schaffen:
Bist du dir da sicher?
Bei steigender Temperatur und aufsteigender Wassersäule würde sich dann in dem geschlossenen Strohhalm oberhalb der Wassersäule ein Druck aufbauen, der von oben auf die Wassersäule drückte,
Richtig.
der von oben auf die Wassersäule drückte, sodass die Wassersäule nicht mehr linear pro Temperaturänderung hochsteigen würde.
Das würde ja bedeuten, dass Wasser kompressibel ist und sich zusammendrücken lässt. Das ist aber nicht der Fall. Daher spielt der Druck im oberen Teil des Thermometers keine Rolle. Bei handelsüblichen Thermrometern muss das Glasröhrchen halt so dick sein, dass es innerhalb des Messbereiches nicht platzt.
Wie lösen die Flüssigkeitsthermometer im Handel, die ja geschlossen sind, dieses Problem?
Wie gesagt, es gibt kein Problem.
1. Warum füllen die in der Anleitung die Wasserflasche bis zum Anschlag mit Wasser?
Damit es das von dir befürchtete Problem erst gar nicht gibt. Nur wenn die Flasche ausschließlich mit Wasser gefült ist, hängt das Gesamtvolumen des Systems ausschließlich von der temperaturbedingten Ausdehnung des Wassers ab.
Wäre es nicht besser, möglichst wenig Wasser zu verwenden, also z. B. nur so viel Wasser zu verwenden, dass sich der Strohhalm gerade komplett mit Wasser füllen könnte?
Nein, denn dann würde der Flüssigkeitssstand im Strohhalm z.B. auch vom äußeren Luftdruck abhängen, das Luft kompressibel und die Flaschenwand flexibel sind.
Insgesamt wird das Thermometer umso schneller reagieren, je weniger Wasser verwendet wird.
Das ist korrekt. Diesen Vorteil würde man aber mit dem Nachteil bezahlen müssen, dass auch das Verhalten der Luft die Messung mit beeinflusst. Luft ist aber kompressibel und so hängt deren Volumen nicht ausschließlich von ihrer Temperatur ab.
Welche Temperaturbereiche können mit Flüssigkeitsthermometern maximal gemessen werden?
Maximal gemessen werden kann in dem Bereich zwischen Gefrier- und Siedepunkt, wobei die Messgenauigkeit mit der Annäherung an diese Punkte schon stark abnimmt. Bei Wasserthermometern müsste man zudem die Anomalie des Wasser berücksichtigen, sodass auch unterhalb von 4 °C eine Messung nicht mehr möglich ist.
Vielen Dank für diese ausführliche Antwort.
Jetzt leuchtet mir ein, warum man die Flasche vollständig mit Wasser füllt. Ich denke, die Luft über der Wassersäule wird zwar auch die Ausdehnung der Wassersäule geringfügig beeinflussen, jedoch in einem vernachlässigbaren Ausmaß, insbesondere wenn die Kapillare mit der Wassersäule so dünn ist wie bei handelsüblichen Thermometern, da die Kraft auf die Wassersäule dann ja extrem niedrig wird.