Schmelzen macht kalt, nicht warm. Oder: Moleküle auf dem Schulhof.

Das Folgende habe ich mir eigentlich für mich selbst aufgeschrieben. Weil ich lange immer durcheinandergekommen bin mit Schmelzen und Gefrieren und Verdunsten und “Kondensieren”, wie das heisst, wenn Wasserdampf zu Tröpfchen wird, und Verdunstungskälte und Kondensationswärme. Und damit ich es mir merken kann, hab ich mir ein Beispiel ausgedacht. Jetzt muss ich es nur noch schaffen, mir das Beispiel zu merken …

Warum  verschwitzte T-Shirts und Eiswürfel kalt machen.

Ein Eiswürfel kühlt die Flüssigkeit im Glas nicht dadurch, dass das Schmelzwasser sich mit der Limonade vermischt. Sondern weil er schmilzt – beim Schmelzen entzieht er der Umgebung Wärme.

Der Eiswürfel besteht aus vielen Wassermolekülen, die durch chemische Bindungen aneinanderhängen und dabei ein Kristallgitter formen. Jedes Wassermolekül hat also einen festen Platz und feste Nachbarn – aber es steht nie ganz still. Es hüpft und schwingt hin und her, wie Kinder, die in Reih und Glied auf dem Schulhof stehen und sich an den Händen halten sollen, dabei aber entsetzlich zapplig sind. (Die H2O-Kinder unserer Eiswürfel-Klasse haben übrigens vier Hände und halten deshalb je vier Nachbarkinder fest … so sind sie nunmal. Egal, geht trotzdem, das Beispiel, oder? Ein realistischeres Bild der Kristallstruktur sieht man z. B. bei der Wikipedia. )

Nun stürmt aber plötzlich die Parallelklasse auf den Schulhof und  umringt die Kinder, die da schon in Reih und Glied stehen. (Sprich: Wir kippen flüssiges Wasser über den Eiswürfel). Die neu hinzugekommenen Kinder sind gar nicht brav, sondern wild. Sie rennen wild durcheinander und drängen sich um die brav in Reihe stendenen Kinder herum, die sich an den Händen halten. Dabei stoßen sie ständig gegeneinander und auch gegen die braven Kinder. Die werden dabei natürlich auch immer unruhiger – und irgendwann ebenfalls so aufgedreht, dass sie sich losreißen und frei umher rennen. Erst eines, dann noch eines, dann zwei oder drei auf einmal, die sich noch eine Weile angefasst halten – irgendwann gibt es nur noch eine große Gruppe wild durcheinanderquirlender Kinder. Das Eis ist geschmolzen.

Aber gleichzeitig ist auch die Limo kühler geworden – die Kinder aus der wilden Parallelklasse laufen weniger schnell. Sie mussten so viel gegen die braven Kinder in Reih und Glied schubsen, bis die endlich aufhörten, in Reih und Glied zu stehen,  dass sie davon etwas müde geworden sind. Die wilden Kinder haben einen Teil ihrer Energie auf die braven Kinder übertragen. Sie selbst rennen und hopsen nur noch halb so wild herum.

So kann man sich die Wärme- und Kälteeffekte beim Übergang von einem “Aggregatzustand” zum anderen ganz gut vorstellen, finde ich.

Eis zu Wasser, Wasser zu Wasserdampf: dieser Übergang entzieht der Umgebung Wärme

Übrigens ist das ein wichtiger Effekt. Nicht nur, weil man so mit einem schmelzenden Einwürfel die Limonade kühlen kann. Wir schwitzen auch deswegen: Wenn Wasser verdunstet, entzieht es der Umgebungsluft ebenfalls Wärme. Deshalb kühlt uns Schwitzen ab. Das kennen Sie auch davon, dass uns ein nasses T-Shirt frieren lässt. Besonders bei Wind, denn dann streicht mehr Luft am T-Shirt entlang und mehr Wasser verdunstet.

Noch ein Beispiel: An einem Herbstmorgen wird es erst dann warm, wenn der Frühnebel verschwunden ist. So lange er noch verdunstet, kühlt er die Luft.

 

Umgekehrt funktioniert das auch: Wasserdampf zu Wasser, Wasser zu Eis: das wärmt die Umgebung auf. Mehr darüber steht hier:  Warum es warm wird, wenn Wasser gefriert oder Wasserdampf zu Wassertropfen kondensiert.

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