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Schulphysik und verwandte Themen Das ideale Forum für Einsteiger. Alles, was man in der Schule mal gelernt, aber nie verstanden hat oder was man nachfragen möchte, ist hier erwünscht. Antworten von "Physik-Cracks" sind natürlich hochwillkommen! |
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#1
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Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Hallo zusammen,
Wenn die Temperatur steigt zeigen die meisten (wenn auch nicht alle) Stoffe und Verbindungen ja eine Ausdehnung mit steigender Temperatur. Im allgemeinen (vermutlich zur Vereinfachung) geht man davon aus dass Druck auf Festkörper wie Metalle oder Oxide keinen Einfluss auf die Wärmedehnung hat, da diese so gut wie nicht komprimierbar sind. Doch wie sieht das ganze bei extremen Drücken aus? Ich denke da an Drücke im Erdkern, etc.... Durch diese extremen Drücke sollten ja auch im Festkörper die Atomabstände schrumpfen und damit doch theoretisch auch der Wärmeausdehnung entgegenwirken, oder? Also müsste doch theoretisch unter extremen Drücken auch der Ausdehnungskoeffizient sinken. Was passiert denn unter diesen wirklich heftigen Druckbedingungen? Die Frage hat keinen praktischen Hintergrund, es interessiert mich nur da bei Festkörperausdehung der Druck immer ignoriert wird. Daher mal die Frage was passiert wenn wirklich gut Druck da ist Immerhin ist Druck ja ein Widerstand der gegen die Ausdehnung arbeitet. Dass der Druck vielleicht im Alltag eine vernachlässigbare Rolle spielt lasse ich mir eingehen, aber gerade im Inneren von Sternen oder auch in der Erde, also dort wo extreme Drücke herrschen muss doch theoretisch auch der Ausdehnungskoeffizient schrumpfen, oder nicht? Die Kraft die bei der thermischen Ausdehung durch vergrößerung der Atomabstände entsteht wird doch sicherlich irgendwann durch einen noch größeren Gegendruck kompensiert, oder nicht? Das ist doch bestimmt von geologischem Interesse denn im Erdkern herrschen ja gewaltige Drücke. |
#2
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Zitat:
Ohne äußere "Drücke" oder Zwangesbedingungen entsteht nur die reine Wärmeausdehnung. Mit Zwangsbedingungen / äußeren Drücken (Lasten) zusätzlich noch Spannungen, die resultierende Ausdehnung ist dann eine andere als im Fall ohne äußere Lasten / Zwangsbedingungen. Das ist ein wenig aus mechanischer Sicht (Festigkeitslehre) geredet und gilt natürlich nur im elastischen Bereich. VG Slash Ge?ndert von Slash (23.07.13 um 06:11 Uhr) |
#3
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Hallo,
das klingt logisch. Also kann man Festkörper (Metalle / Oxide) durchaus komprimieren und damit auch an der Ausdehnung hemmen. Und durch diese Hemmung enstehen innere Spannungen im Material. |
#4
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Richtig. Beispiel: ein Lagerring, der von einem Kühlmantel aus Stahl umgeben ist. Wenn sich der Ring z.B. durch Reibung erwärmt, kann er sich kaum nach außen dehnen, weil er vom Stahl daran gehindert wird. Deswegen wächst er nach innen, mit evtl. negativen Folgen für das Lager.
Sowas wird also durchaus berücksichtigt, aber eher von Ingenieuren und nicht von Schülern. Auch im Erdkern ist das wichtig, das dortige Material hat trotz der hohen Temperatur eine Dichte von 11 g/cm³, höher als die ~8 g/cm³ des Materials bei Standardbedingungen. Ge?ndert von Ich (23.07.13 um 08:45 Uhr) |
#5
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Vielen Dank für das Beispiel
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#6
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Oder - man betrachte die Brücken. Die haben in der Regel Dehnungsfugen, die dafür sorgen, dass sie nicht kaputt gehen, wenn es Temperaturschwankungen gibt.
Oder - Eisenbahnschienen. Früher (vieler Orts auf der Welt immer noch) hat man sie nicht zusammengeschweißt, sondern auch eine Dehnungsfuge gelassen, genau, wie bei Brücken. Man merkt dann sehr deutlich, wenn die Räder über diese Fuge rollen. Ich weiss nicht, wie das Problem bei geschweißten Schienen gelöst ist, vlt. dadurch, dass man nicht exakt gerade baut, sondern in einem leichten Bogen? Auf jeden Fall macht man die Fuge Heute (wenn es sein muss) nicht exakt quer zu den Schienen, sondern in einem spitzen Winkel, was die Auswirkungen lindert. Man muss sich auch bewusst sein, dass bei einem hohen Druck die Materialien, die bei "normalen" Bedingungen feste Körper bilden, flüssig werden.
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Gruß, Johann ------------------------------------------------------------ Eine korrekt gestellte Frage beinhaltet zu 2/3 die Antwort. ------------------------------------------------------------ E0 = mc² |
#7
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Habe mittlerweile auch ein wenig weitergegoogelt. Also die geschweißten Schienen dehnen sich deshalb nicht aus, da sie fest mit dem Erdreich verbunden sind und genau durch den Druck die Ausdehnung gehemmt wird. Also genau der hemmende Effekt von oben
Die Verflüssigung mit Druck gilt doch aber nur für Stoffe mit Dichteanomalie wie Wasser oder? Normal werden Stoffe mit Druck doch fest? Beispiel Erdkern: Zitat:
EDIT Ich sehe gerade dass die Dichte im Erdkern für Eisen fast doppelt so hoch ist wie unter Normalbedingungen. Also lassen sich Stoffe tatsächlich trotz Temperaturerhöhung verkleinern Ge?ndert von CineX (23.07.13 um 10:33 Uhr) |
#8
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Hast Recht, CineX.
thx.
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Gruß, Johann ------------------------------------------------------------ Eine korrekt gestellte Frage beinhaltet zu 2/3 die Antwort. ------------------------------------------------------------ E0 = mc² |
#9
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AW: Wärmeausdehnung unter extremen Drücken
Bitte bitte Bin froh dass ich auch mal was weiß *grins*
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