Die klappernde Münze
Dieser Versuch soll zeigen, wie sich erwärmende Luft ausdehnt und welche Kraft diese Ausdehnung annehmen kann. Sie kann problemlos eine Münze anheben.
Wir benötigen hierfür zunächst ein Gefäß, das mit kalter Luft gefüllt ist. Am einfachsten stellt man eine leere Flasche eine Zeit lang in den Gefrierschrank (ca. 45 min). Wenn die Flasche ordentlich herunter gekühlt ist, holt man sie heraus und legt eine Münze auf die Flaschenöffnung. Am besten macht man sie kurz nass, damit ein dünner Flüssigkeitsfilm zwischen Münze und Glas liegt, der für eine bessere Haftung sorgt. Dann muss man nur abwarten was geschieht.
Die Kinder können hier zwei Dinge direkt beobachten:
1. An der kalten Flasche bildet sich sehr schnell Kondenswasser
Kondenswasser entsteht immer dann, wenn sich auf einer kalten Oberfläche gasförmiges Wasser (Luftfeuchtigkeit) niederschlägt, weil es dort auf oder unter seinen Taupunkt abgekühlt wird.
Dieser Effekt lässt morgens die Wiese nass sein, obwohl es gar nicht geregnet hat, oder sorgt im Badezimmer für feuchte Fensterscheiben nach der heißen Dusche. Die Kinder können sehen und begreifen, dass unsichtbares Wasser überall in der Luft ist. Sie können auch die Flasche anhauchen und noch mehr Niederschlag feststellen, denn unsere Atemluft enthält viel Wasser (Pupsluft übrigens nicht, falls die Frage auf kommt).
2. Schon nach kurzer Zeit beginnt die Münze zu klappern
Die kalte Luft in der Flasche erwärmt sich und dehnt sich aus. Dabei drückt sie so feste gegen die Münze, dass sie diese kurz anheben kann, so dass der entstandene Überdruck aus der Flasche entweicht. Schnell steigt der Druck wieder an, so dass sich die Münze erneut hebt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Flasche sich auf Raumtemperatur erwärmt hat. Das klappern kann dabei beschleunigt werden, indem die Kinder mit ihren Händen vorsichtig die Flasche erwärmen oder wenn man sie in ein lauwarmes Wasserbad stellt (die Münze darf dabei natürlich nicht herunter fallen).
Im Alltag kann man den Effekt von unterschiedlichen temperaturbedingten Luftdrücken z.B. an Kühlschränken feststellen. Wenn die Tür eine Weile geöffnet war und man sie dann verschließt, geht sie unmittelbar danach nur schwer auf. Die warme Luft im Inneren (wegen der langen Öffnungszeit) wird rasch abgekült und zieht sich zusammen. Die Tür wird also von innen angesogen.