Frage

Ausdehnung und Zusammenziehung : Warum dehnen sich Dinge bei Hitze und Kälte aus und ziehen sich zusammen ? Und warum dehnen sich manche Metalle mehr aus als andere?

Fragen gestellt von: Marcus Mckean
Antwort

Erinnern Sie sich daran, dass alle Materialien aus Atomen aufgebaut sind. Bei jeder Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273 Grad Celsius) sind die Atome in Bewegung. In einem Festkörper schwingen sie in festen Positionen, in einer Flüssigkeit schieben sie sich aneinander vorbei und in einem Gas sausen sie mit sehr hoher Geschwindigkeit aneinander vorbei. Wenn ein Material erhitzt wird, erhöht sich seine kinetische Energie, und seine Atome und Moleküle bewegen sich stärker. Das bedeutet, dass jedes Atom aufgrund seiner Bewegung mehr Raum einnimmt und sich das Material ausdehnt. Wenn es kalt ist, nimmt die kinetische Energie ab, so dass die Atome weniger Raum einnehmen und sich das Material zusammenzieht.
Einige Metalle dehnen sich aufgrund der unterschiedlichen Kräfte zwischen den Atomen/Molekülen stärker aus als andere. In Metallen wie Eisen sind die Kräfte zwischen den Atomen stärker, so dass es für die Atome schwieriger ist, sich zu bewegen. In Messing sind die Kräfte etwas schwächer, so dass sich die Atome freier bewegen können. Diese Unterschiede in der Kontraktion werden in einem Bimetallstreifen genutzt, der aus einem Messingstreifen besteht, der entlang eines Eisenstreifens angeordnet ist. Wenn der Streifen erhitzt wird, dehnt sich das Messing stärker aus als das Eisen, so dass der Streifen sich zusammenzieht. Er wird in Geräten wie Feuermeldern und Stromkreisunterbrechern verwendet, um Kontakte in einem Stromkreis entweder zu schließen oder zu unterbrechen.
Die Unterschiede in der Ausdehnung und Kontraktion sind in verschiedenen Zuständen noch deutlicher sichtbar, was wiederum auf die Kraft zurückzuführen ist, die die Atome zusammenhält. Ein Gas wird sich am stärksten ausdehnen, da seine Atome frei voneinander sind und somit ihre Geschwindigkeit am stärksten erhöhen können.

Antwort von: Sara Al-Assam, Schülerin, Tiffin Girls‘ School, Kingston