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Strömungslehre - Dichte

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Strömungslehre

Dichte

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Die Dichte $\rho$ ist abhängig vom gewählten Fluid und ist unabhängig von Größe und Form. Die Dichte wird definiert als:

Methode

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$\rho = \frac{m}{V}$                                  Dichte

$m$ Masse

$V$ Volumen

$\frac{kg}{m^3}$  Einheit

Stoffe dehnen sich mit steigender Temperatur aus, wodurch ihre Dichte sinkt. Ausnahmen bilden hier Stoffe mit einer Dichteanomalie. Zu solchen Stoffen zählt beispielsweise Wasser.

Dichteanomalie von Wasser

Im Allgemeinen nimmt mit sinkender Temperatur die Dichte zu, mit steigender Temperatur nimmt die Dichte ab. Bei Wasser herrscht aber eine sogenannte Dichteanomalie. Diese äußert sich wie folgt:

Wird Wasser abgekühlt, so verringert sich das Volumen des Wasser und damit steigt die Dichte. Bei 4°C ist das Volumen des Wassers am kleinsten und somit die Dichte des Wassers am größen. Fällt die Temperatur des Wassers nun unter 4 °C, so wird die Dichteanomalie bemerkbar. Das Volumen wird nun nicht geringer, sondern dehnt sich wieder aus, was eine sinkende Dichte zur Folge hat. Dies führt dazu, dass Eis auf dem Wasser schwimmt, weil dieses eine geringere Dichte als das Wasser aufweist. 

Wasseranomalie
Dichteanomalie

Beispiel Lavalampe:

Beispiel

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Eine Lavalampe eignet sich besonders gut um Änderungen der Dichte eines Materials/Stoffs zu visualisieren. Im folgenden Clip sieht man eine entsprechende Lampe im Betrieb. 

Video: Dichte

 

Die Funktionsweise einer Lavalampe kommt eher simple daher: Auf dem Boden der Lampe befindet sich in den meisten Fällen eine Glühbirne, die als Wärmequelle dient und das Wachs im Glasgefäß erwärmt. Infolge der Wärmeeinwirkung verflüssigt sich das Wachs und die Dichte des Materials verändert sich. Dadurch beginnt sich das Wachs im Gefäß zu bewegen. Das Wachs steigt auf bis es den oberen Rand des Glasgefäßes erreicht hat. Dort kühlt es ab, nimmt an Volumen ab, an Dichte zu und sinkt wieder Richtung Wärmequelle. Unten angekommen, erwärmt sich das Wachs erneut und der Prozess beginnt wieder von vorne.