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Wasser, das flüssige Gas  
 
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Wasser, der Wärmespeicher der Erde
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  Warum Eiswürfel schwimmen
 
 

 

Wasser, der Wärmespeicher unseres Planeten

 

Erwärmt man einen Stoff, führt diese Energiezufuhr zu einer ungeordneten Molekülbewegung. Beim Wasser würde dies bedeuten, je wärmer das Wasser, desto größer die Bewegung der Wassermoleküle. Da aber die Wassermoleküle über Brückenbindungen miteinander verbunden sind, muss so viel Wärme aufgenommen werden, dass sich die Wasserstoffbrücken öffnen können. Die benötigte Energie zur Spaltung der Wasserstoffbrücken ist aber keinesfalls verbraucht, sondern steckt im "freien" Wassermolekül und ist dort gespeichert. Und zwar in Form ihrer Bewegungsenergie. Sinkt die Temperatur des Wassers nun wieder ab, wird auch die Bewegung der Wassermoleküle geringer. Bilden sich dann wieder Wasserstoffbrücken aus, wird die zuvor aufgenommene Energie zur Spaltung der Wasserstoffbrücken in Form von Wärme wieder frei.

 Wärmekapazitäten [KJ/Kg *K]

4,0

3,0

2,0

 

1,0

 
 Kupfer

Stahl
Marmor  Luft Wasser
dampf
Eis Ethanol Wasser

Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,187 Kilojoule pro Gramm und Grad Celsius. Man benötigt also eine Wärmemenge von 4,187 KJ, um die Temperatur von einem Gramm Wasser um 1°C zu erhöhen. Im Vergleich zu den meisten anderen Stoffen besitzt Wasser eine ungewöhnlich hohe Wärmekapazität, also die Fähigkeit, Wärmeenergie zu speichern.

Isoliert betrachtet, ist die Energiemenge, die benötigt wird, um eine Wasserstoffbrückenbindung zu spalten bzw. zu bilden, verschwindend klein. Betrachtet man aber die riesigen Wassermassen der Ozeane, so steckt im Wasser eine enorme Energiemenge. Die Wärmeaufnahme bzw. -abgabe ist von Stoff zu Stoff sehr unterschiedlich und wird mit der "spezifischen Wärmekapazität" beschrieben.


Worin besteht nun die Relevanz der hohen spez. Wärmekapazität des Wassers für das Leben auf der Erde?

Die großen Wassermassen der Ozeane werden von der Sonne tagsüber bzw. während des Sommers aufgeheizt. Dabei speichern Sie riesige Wärmemengen, wobei Sie sich aufgrund ihrer immensen Masse nur um wenige Grad erwärmen. Bei Nacht bzw. im Winter kühlt das Wasser ab, gibt seine gespeicherte Energie wieder ab und erwärmt damit die Luft. Dies ist der Grund, warum wir in Europa ein gemäßigtes Klima haben. Der Golfstrom bewegt unglaublich große warme Wassermassen von Mittelamerika nach Europa und transportiert so einen Teil der Wärme dieser Region an die Westküste von Europa.



Verlauf des Golfstroms
 


Aufgabe:

Überlegen Sie, wie viel Energie notwendig ist, um Wasser von 23°C auf eine angenehme Badetem-peratur von 40°C aufzuheizen, wenn man davon ausgeht, dass man 200 Liter Wasser benötigt, um eine Badewanne zu füllen. Errechnen Sie über die Kalorientabelle ( siehe Link ) wieviel Gramm eines Lebensmittels ihr Körper aufnehmen müßte, um eine vergleichbare Energiemenge verbrennen zu können. Es sollten dabei drei Rechnungen durchgeführt werden...mehr Informationen dazu im PDF-Dokument.