Der Flaschenvulkan                Julia de Groot  

Der Versuch

 

Was man braucht, um den Versuch durchzuführen

 

Wie man den Versuch durchführt 

Zuerst füllt man das kalte Wasser in die Wanne. Am Flaschenhals der kleinen Flasche befestigt man die Schnur. Nun füllt man in die kleine Flasche etwas rote Lebensmittelfarbe (oder Tinte) und füllt diese mit heißem Wasser auf.

Jetzt lässt man die kleine Flasche mit Hilfe der Schnur langsam auf den Boden der mit kaltem Wasser gefüllten Wanne sinken.

Was man bei diesem Versuch beobachten kann

Das heiße, eingefärbte Wasser strömt sofort wie die Lava eines Vulkans nach oben aus der kleinen Flasche heraus und beginnt sich an der Wasseroberfläche der Wanne zu verteilen. Gleichzeitig strömt kaltes, klares Wasser ins Flascheninnere. Dabei sind kleine Wirbel in der Flasche zu sehen.

Im Laufe des Versuchs nimmt die Schnelligkeit und Intensität des Herausströmens des gefärbten Wassers aus der Flasche ab.

Das gefärbte Wasser, das sich zunächst an der Wasseroberfläche ausbreitete, sinkt nach einiger Zeit wieder ab und beginnt sich mit dem restlichen Wasser zu vermischen.

 

Wertvolle Tipps für das Gelingen des Versuchs

Zunächst einmal kann gesagt werden, dass dieser Versuch eher unproblematisch, aber dafür sehr spektakulär ist. Das heißt, sowohl die Schüler/innen als auch der/die Lehrer/in können bei diesem Versuch sehr viel beobachten und wichtige physikalische Vorgänge darstellen.

Vorsicht ist allerdings immer bei dem Umgang mit heißem Wasser geboten. Man kann sich sehr leicht Verbrühungen zuziehen.

Anstatt der  an der Schnur befestigten Flasche kann dieser Versuch auch sehr gut mit einem kleinem Einmachglas mit Schraubdeckel durchgeführt werden. Dabei gibt man etwas Lebensmittelfarbe oder Tinte in das Einmachglas, füllt es mit heißem Wasser auf, und verschließt es mit dem Schraubdeckel. Dann stellt man dieses Glas in die mit kaltem Wasser gefüllte Wanne und öffnet den Schraubdeckel.

 

Erläuterungen für die Lehrerin/den Lehrer

Was fachlich hinter diesem Versuch steckt

Wasser besteht aus winzigen Teilchen, den Molekülen. Wärme beschleunigt ihre Bewegung, so dass sie sich voneinander weg bewegen. Das gefärbte, heiße Wasser ist so weniger dicht und daher auch leichter. Es hat also eine geringere Dichte und deshalb einen größeren Auftrieb und steigt nach oben auf. Es „schwimmt“ also auf dem kalten Wasser.

Das durch das Herausströmen des heißen Wassers frei gewordene Volumen in der Flasche wird mit hereinströmendem kaltem Wasser ausgeglichen. Durch das Hereinströmen des kalten Wassers sinkt die Temperatur des gesamten Wassers in der Flasche. Gleichzeitig steigt die Temperatur des Wassers in der Wanne ( durch das Herausströmen des heißen Wassers). Deshalb kann ein verlangsamter Ablauf des Versuchs beobachtet werden.

Erst wenn die Temperatur des „heißen, schwimmenden“ Wasser sich abgekühlt hat und die gleiche Temperatur wie das restliche Wasser aufweist, sinkt es ab und vermischt sich damit.

Durch Wärmeeinwirkung dehnt Wasser sich aus, wird leichter und steigt in   kälterem Wasser nach oben.

Was der Versuch mit dem Alltag zu tun hat:

Überträgt man die Erklärung dieses Versuchs auf den Alltag, könnte man sich beispielsweise die Frage stellen, wie sich Wasser in einem Topf erwärmt.

Töpfe bestehen meist aus Metall, das ein guter Wärmeleiter ist, das heißt es kann Wärme leicht aufnehmen und abgeben. Der Topf wird durch die Flamme erwärmt und erwärmt nun seinerseits das Wasser auf dem Boden des Topfes.

Das warme Wasser steigt nach oben, kaltes nimmt seinen Platz ein, erwärmt sich und steigt ebenfalls nach oben. Durch diese Auf- und Abbewegungen des Wassers, die man Konvektion nennt, wird die Wärme im ganzen Wasser verteilt.

Auch bei den Meeren spielt die Einwirkung von Wärme eine große Rolle.

Die Meere werden unablässig von warmen und kalten Wasserströmen durchzogen, echten Flüssen, die das Leben im Meer und das Klima der Erde beeinflussen. Sie entstehen aufgrund von Winden und Unterschieden  in Temperatur und Salzgehalt. Kaltes Wasser ( dichter und schwerer ), das von den Polarmeeren kommt, fließt am Grund der Ozeane, warmes Wasser ( weniger dicht und leichter ) aus den tropischen Meeren und vom Äquator fließt dagegen an der Oberfläche.

 

Unterrichtspraktische Hinweise 

Welche Versuche gut dazu passen

Zu diesem Versuch passen generell alle Versuch die die Auswirkungen von Wärme auf Wasser demonstrieren.

Also beispielsweise der Versuch „Die schwimmende Wärmflasche“ könnte sehr gut in diesem Zusammenhang durchgeführt werden.