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Die außergewöhnlichen thermalen Eigenschaften
des Wassers
Eines der in Hendersons Buch von behandelten
Themen, sind die Wärmeeigenschaften des Wassers.
Henderson bemerkt, dass die thermalen Eigenschaften
des Wassers in fünf verschiedenen Aspekten sehr
ungewöhnlich sind.
1) Alle bekannten Feststoffe ziehen sich
bei sinkender Temperatur zusammen. Das gilt ebenso
für alle Flüssigkeiten: mit sinkender Temperatur
verringert sich ihr Volumen. Wenn das Volumen
verringert wird, vergrößert sich die Dichte, wodurch
die kälteren Teile der Flüssigkeit schwerer werden.
Deswegen haben alle Substanzen in festem Zustand
ein größeres spezifisches Gewicht als in flüssigem
Zustand. In einem Fall jedoch 'wird dieses Gesetz
gebrochen': im Fall des Wassers. Wie alle anderen
Flüssigkeiten verringert sich das Volumen des
Wassers beim Abkühlen, doch tut es das nur bis
zu einer bestimmten Temperatur (+4°C); danach
beginnt es, im Gegensatz zu allen bekannten Flüssigkeiten,
sich plötzlich auszudehnen, und wenn es schließlich
in den festen Zustand übergeht, d.h. gefriert,
dehnt es sich noch mehr aus. Als Ergebnis dessen
ist 'festes Wasser', d.h. Eis, leichter als 'flüssiges
Wasser'. Entsprechend der 'normalen' Gesetze der
Physik sollte Eis schwerer sein als flüssiges
Wasser und zum Grund sinken, doch statt dessen
schwimmt es an der Wasseroberfläche.
2) Wenn das Eis schmelzt oder Wasser verdunstet,
nimmt es Wärme von der Umgebung auf. Im entgegengesetzten
Vorgang dieser Übergänge, d.h. Wenn Wasser gefriert
oder Wasserdampf kondensiert, wird Wärme an die
Umgebung abgegeben. In der Physik wird der Begriff
'latente Wärme' verwandt um dies zu beschreiben.1
Alle Flüssigkeiten haben eine bestimmte latente
Wärme, doch die des Wassers gehört mit zu den
höchsten. Im Bereich der 'normalen' Temperaturen
hat nur Ammoniak eine höhere latente Erstarrungs-wärme
als das Wasser, wohingegen sich keine andere Flüssigkeit
mit dem Wasser in Bezug auf latente Verdampfungswärme
messen kann.
3) Die 'Thermalkapazität' des Wassers,
d.h. die Wärmemenge, die notwendig ist, um die
Temperatur einer bestimmten Masse einer Substanz
um ein Grad zu erhöhen, ist größer als die der
meisten anderen bekannten Flüssigkeiten.
4) Die Wärmeleitfähigkeit des Wassers,
ist mindestens vier mal so hoch, wie die irgendeiner
anderen Flüssigkeit.
5) Die Wärmeleitfähigkeit des Eises und
Schnees dagegen ist sehr gering.
Man mag sich mittlerweile fragen, welche Bedeutung
diese fünf, scheinbar technischen physikalischen
Eigenheiten wohl haben mögen? Wie sich herausstellt
ist jede einzelne von ihnen von kolossaler Bedeutung,
denn das Leben auf der Erde, und insbesondere
unsere eigene Existenz ist nur aufgrund eben dieser
fünf ungewöhnlichen Eigenschaften möglich.
Wir wollen sie nun im einzelnen betrachten.
| ANMERKUNGEN |
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| 1
Die latente Wärme ist nicht die Wärme,
welche die Temperatur des Wassers ändert,
sondern diejenige Wärme, welche ihm ermöglicht
vom festen in den flüssigen oder vom flüssigen
in den gasförmigen Zustand überzugehen.
Wenn man dem Eis Wärme zuführt, um es
zu schmelzen, erreicht es eine Temperatur
von 0°C, und dann findet keine weitere
Temperaturerhöhung statt, selbst wenn
man fortfährt, ihm Wärme zuzuführen, doch
es wird nicht länger Eis bleiben, sondern
schmelzen und zu Wasser werden. Diese
Wärme, die benötigt wird, um den festen
Zustand in den flüssigen zu überführen,
ohne eine Temperaturänderung herbeizuführen,
ist die 'latente' Wärme.
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