Stoffe dehnen sich beim Erwärmen aus — Sport, 11–13
Beim Erwärmen nimmt ein Stoff meistens etwas mehr Raum ein, beim Abkühlen zieht er sich zusammen. Diese kleine Veränderung ist bei Brücken, Schienen und Messgeräten wichtig.
Warme Teilchen brauchen etwas mehr Platz
Wenn ein fester Stoff erwärmt wird, schwingen seine Teilchen stärker und rücken im Durchschnitt etwas weiter auseinander. Der ganze Gegenstand wird geringfügig länger oder breiter; beim Abkühlen zieht er sich meist zusammen. Die Teilchen selbst werden nicht größer, und kein neuer Stoff entsteht.
Warum gibt es Lücken bei Schienen und Brücken?
Bauleute mussten ein praktisches Problem lösen: Lange Metallstrukturen ändern ihre Länge mit der Temperatur. Könnten sich ihre Enden nicht bewegen, würde Wärme Schienen verbiegen oder Brückenteile gefährlich gegeneinander drücken. Kleine Lücken und verschiebbare Verbindungen lassen die normale Ausdehnung und Verkürzung zu.
Eine Brückenfuge mit Zahlen
Stell dir eine 100 m lange Stahlbrücke vor, die sich bei steigender Temperatur je 10 m um 1 mm verlängert. Zuerst enthält sie zehn Abschnitte von je 10 m. Jeder Abschnitt wird 1 mm länger, also beträgt die gesamte Änderung 10 mm oder 1 cm. Die Brücke ist dann 100,01 m lang; ihre Fugen müssen diese Bewegung zulassen.
Es betrifft nicht nur warme Luft
Es ist verständlich, bei Luftballons zu beobachten und zu denken, dass sich nur Gase ausdehnen. Auch feste Stoffe und Flüssigkeiten dehnen sich beim Erwärmen aus, meistens aber viel weniger, sodass man es schwerer sieht. Wie stark der Effekt ist, hängt vom Stoff und von der Temperaturänderung ab.
Thermometer und sichere Bauwerke
Ein Flüssigkeitsthermometer nutzt die Ausdehnung: Warme Flüssigkeit nimmt mehr Raum ein und steigt in einem engen Rohr. Ingenieure berücksichtigen dieselbe Idee bei Brücken, Eisenbahnschienen, Rohren und Betonstraßen. Sie planen Lücken, flexible Verbindungen oder passende Stoffe ein, damit keine Risse oder Verbiegungen entstehen.
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