Ballon dehnt sich aus

Eine kalte Flasche wird mit einem Ballon verschlossen und in einen Topf mit heißem Wasser gestellt. Nach kurzer Zeit scheint sich der Ballon aufzublasen und wird größer. Was ist da passiert?

Simulationen mit Vorüberlegungen

Simulation: Ballon über Heizplatte

Jüngere Kinder sehen als Begründung für die Beobachtung des Anfangs-Versuch meist die Tatsache, dass erwärmte Luft nach oben steigt. So kommt als erstes Argument meist, dass durch die Erwärmung von der Heizplatte, erwärmte Luft nach oben steigt und dann in den Ballon hineindrängt wodurch der Ballon aufgeblasen wird. Dies beruht meist auf gelerntem Wissen aus der Grundschule.

Auf Nachfrage, wird zum Beispiel auch vermutet, dass wenn man einen Ballon ohne Flasche hat und ihn über eine warme Heizplatte hält, dass er sich dann auch aufblasen würde bzw. zumindest sich genauso aufbläht wie mit der Flasche.

Eine Simulation kann zeigen, wie es ist, wenn die Teilchen unten von einer Heizplatte erwärmt werden. Steigen sie dann nach oben in den Ballon hinein? Dann müsste die Anzahl der Teilchen größer werden und das führt dann zur Ausdehung!? Genau das wird in der Simulation betrachtet.

Download der Datei:LuftteilchenFreiwilliginBallon.scw.zip, die im Programm SimChemistry geöffnet werden kann.

Fragen zur laufenden Simulation zu Beginn:

• Beschreibt, was in dieser Simulation zu sehen ist.
• Wie ist das mit den Luftteilchen? Was weiß ich allgemein über Teilchen im gasförmigen Zustand? Kann man das hier wiederfinden?
• Wo sind Unterschiede zwischen der Realität und dieser Simulation?
• Beschreibt, was in dem Graph zu sehen ist. Was bedeuten die Punkte?
• Warum kommt es dazu, dass man mal mehr oder mal weniger Teilchen im Ballon hat? Lasst euch Zeit das zu beobachten. Beobachtet dazu eine bestimmte Stelle über eine längere Zeit, also vielleicht mindestens eine Minute.
• Woran kann ich in der Simulation erkennen, dass ich die Temperatur an der grauen Heizplatte erhöht habe?
• ...

Was bei der Auswertung unbedingt kommen muss:

• Bei höherer Temperatur sind die Teilchen schneller.
• Sie bewegen sich schneller in den Ballon hinein aber auch wieder hinaus.
• Durch die schnellere Bewegung kommt es eher zu extremen Werten, aber der Durchschnittswert ist (bei ausreichend Wartezeit) weitgehend gleich.
• ...

Simulation Was passiert, wenn man einen Ballon aufpumpt?

Dabei werden die Teilchen aus der Pumpe in den Ballon überführt. Das ist ja das, was die Schüler bei der warmen Heizplatte und dem Ballon vermuten.

Auflösung

Simulation Ballon über warme Flasche

Download der Datei:LuftteilchenInZweiFlaschen.scw.zip, die im Programm SimChemistry geöffnet werden kann.

Fragen zur laufenden Simulation zu Beginn:

• Beschreibt, was in dieser Simulation zu sehen ist.
• Die roten Schieber/Stempel sollen die Ballonwand darstellen. Wie passt das zusammen, wo haben wir Fehler bei der Darstellung?
• Die Schieber/Stempel bewegen sich hin und her. Warum kann ich das nicht bei der Ballonwand erkennen?
• Die Dimensionen von Flasche, Flaschenhals und Luftballon passen nicht wirklich zusammen. Wie könnte man erklären, dass dies trotzdem notwendig ist?
• ...

Was bei der Auswertung mindestens genannt werden sollte:

• Die höhere Geschwindigkeit der Teilchen und häufigeres Aufprallen bewirken, das der Stempel nach oben gedrückt wird.
• ...