Physikalische Eigenschaften von Materie

Volumen und Messmethoden

Das Volumen erstreckt sich in drei Dimensionen über Länge, Breite und Höhe. Es gibt verschiedene Wege, um das Volumen zu messen:

• Flüssigkeiten: Man gibt die Flüssigkeit in eine Bürette und liest den Stand ab, welcher das Volumen darstellt.
• Feststoffe: Bei regelmäßigen Körpern gilt Länge x Breite x Höhe. Wenn sie unregelmäßig geformt sind, erfolgt die Messung durch Untertauchen in einer mit Wasser gefüllten Bürette (Verdrängungsmethode), wobei man beobachtet, wie weit der Pegel steigt.
• Gase: Ein Gas füllt den Behälter vollständig aus, beispielsweise in einem Fläschchen oder in Röhren und Anschlüssen (Tubo-Buchsen).

Einflussfaktoren auf das Volumen

Das Volumen hängt von bestimmten Bedingungen ab:

• Temperatur: Wenn die Temperatur steigt, erhöht sich das Volumen; wenn die Temperatur sinkt, verringert es sich ebenfalls.
• Druck: Wenn der Druck steigt, verringert sich das Volumen; sinkt der Druck, vergrößert es sich.

Masse und Gewicht

Um die Masse zu messen, nutzt man eine Waage (Balance). Wege zur Massemessung:

• Feststoffe: Wir verwenden die Waage, legen das Material in eine der Schalen und fügen Gewichte hinzu, bis Gleichgewicht herrscht.
• Flüssigkeiten: Man gibt die Flüssigkeit in eine Bürette oder ein Gefäß und bestimmt die Masse (unter Berücksichtigung des Gefäßgewichts).
• Gase: Berechnung der Masse durch das Wiegen eines Ballons vor und nach dem Aufpumpen.

Gewicht = Masse x Schwerkraft. Die Schwerkraft ist die Kraft, welche die Erde auf Objekte an ihrer Oberfläche ausübt (weltweite Anziehungskraft). Große Objekte üben eine Anziehungskraft auf andere Körper aus.

Elastizität und Kräfte

Elastizität ist die Eigenschaft, bei der eine Kraft einen Körper verformt oder dehnt und dieser danach wieder in seine ursprüngliche Position zurückkehrt. Das hängt von der Dehnung ab, ob jemand mehr oder weniger stark zieht, von der Dicke der Feder (Pier), vom Material sowie von der Masse des Objekts.

Einheiten und Dichte

Ein Newton ist die Kraft, die auf der Erde benötigt wird, um das Gewicht eines Körpers von etwa 100 g Masse zu halten. Gase besetzen den Raum; Flüssigkeiten können ihre Form leichter ändern als Feststoffe.

Dichte = Masse / Volumen (Einheiten: g/cm³ oder kg/m³).

Beispiele für Dichten:

• Wasser: 1,00
• Ethylalkohol: 0,79
• EPS (Styropor): 0,01 bis 0,015
• Kork: 0,20 bis 0,24
• Eisen: 7,8
• Kupfer: 8,9
• Gold: 19,3
• Methan: 0,0007
• Luft: 0,0013
• Butan: 0,0026

Sämtliches Material, das eine größere Dichte als Wasser hat, versinkt darin. Materialien mit einer Dichte von weniger als 1 schweben im Wasser.

Weitere Materialeigenschaften

• Löslichkeit: Die Menge einer Substanz (in Gramm), die sich in 100 Gramm Wasser auflösen kann.
• Siedetemperatur: Die Temperatur in Grad Celsius, bei der eine flüssige Substanz zu Gas wird.
• Schmelztemperatur: Die Temperatur, bei der eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand übergeht.
• Elastizität und Plastizität: Die Fähigkeit einiger Materialien, sich zu verformen und die ursprüngliche Form wiederzuerlangen. Wenn sie die Form nicht wiedererlangen, ist das Material plastisch.
• Zähigkeit (Tenacity): Die Fähigkeit von Materialien, Schlägen zu widerstehen, ohne zu zerbrechen (Gegenteil von Sprödigkeit).
• Härte: Der Widerstand, den Materialien dem Zerkratzen entgegensetzen.
• Wärmeleitfähigkeit: Die Eigenschaft von Materialien, Hitze zu leiten oder zu isolieren.
• Elektrische Leitfähigkeit: Die Eigenschaft eines Materials, elektrischen Strom zu leiten.
• Oberflächenspannung: Eine Eigenschaft von Flüssigkeiten, die einen Widerstand gegen das Durchdringen der Oberfläche erzeugt.

Warme Luft steigt nach oben (Prinzip des Heißluftballons).