Dichte von Luft – Versuch

Bestimmung der Dichte von Luft – ein leicht verständlicher Versuch für Schüler

Einleitung – Tue es und Du wirst es begreifen

Bevor wir im folgenden die Dichte von Luft bestimmen, werden wir die Begriffe Masse und Volumen näher betrachten. Anschließend schauen wir, wie die Dichte berechnet wird. Dafür benötigen wir die Masse und das Volumen. Die Dichte kann für Körper, flüssige Stoffe und für Gase bestimmt werden. Wir werden ein einfaches Beispiel erläutern, wie die Dichte von Gas bestimmt werden kann.

Der Begriff Masse; verständlich erläutert

Im allgemeinen Sprachgebrauch entspricht die Masse dem Gewicht und kann mit einer Waage gemessen werden.

Falls Ihr keine Waage griffbereit habt, dann nehmt doch einmal Steine in die eine Hand und in die andere nehmt Ihr beispielsweise Federn. Es wird Euch wenig überraschen, die Steine sind schwerer als die Federn. Nun gibt es die berühmte Frage: „Was ist schwerer, ein Kilogramm Steine oder ein Kilogramm Federn?“ Natürlich wißt Ihr es, ein Kilogramm bleibt ein Kilogramm – beide sind gleich schwer.

Nun klären wir, was man unter dem Volumen versteht.

Das Volumen; eine einfache Definition für Schüler

Als Volumen bezeichnet man den Raum, der von einem Körper, einem Gas oder einer Flüssigkeit eingenommen wird. Sicher wisst Ihr, wie der Rauminhalt oder das Volumen eines Quaders berechnet wird. Das Volumen des Quaders ist gleich Länge mal Breite mal Höhe. Die Formel lautet: V= a * b * c. Ein Körper kann ein Quader, ein Würfel, eine Feder, ein Stein oder eine Gabel sein.

Um das Volumen zu bestimmen, kann man einen Messbecher mit Wasser füllen. Ihr gießt beispielsweise einen halben Liter (500 Milliliter) Wasser in den Messbecher, dann werft Ihr einen Stein rein – er sollte nicht zu klein sein. Lest Ihr jetzt den Wasserstand am Messbecher ab, merkt Ihr, der Wasserstand ist gestiegen. Die Differenz aus dem Anfangsmesswert zum Messwert mit dem reingeworfenen Stein ist das Volumen des Steines- soviel Raum nimmt der Stein im Wasser ein.

Die Dichte für Schüler verständlich erklärt

Die Dichte definiert also das Verhältnis der Masse zum Volumen.

Vergleichen wir den Stein beispielsweise mit einer Murmel: Welches Material ist da schwerer? Wir können die Materialien der beiden Objekte (Stein, Murmel) nicht wirklich miteinander vergleichen, denn der Stein und die Murmel haben unterschiedliche Formen, sie sind unterschiedlich groß.

Es gibt eine Lösung für dieses Problem: Das Volumens des Steines und der Murmel sind einzubeziehen, um die beiden Objekte miteinander zu vergleichen. Die Masse oder das Gewicht der Objekte wird im Verhältnis zum Volumen gesetzt. Daher dividieren wir die Masse durch das Volumen. Wir erhalten eine Materialkonstante und die wird Dichte genannt. Jeder Stoff hat eine andere, eigene Dichte, deswegen spricht man von der spezifischen Dichte eines Stoffes.

Mit Hilfe der Dichte Bestimmung lässt sich herausfinden, aus welchem Stoff ein Objekt ist. Die Formel lautet: p = m/v. Das Formelzeichen der Dichte ist der griechische Buchstabe rho. Die Einheit der Dichte können beispielsweise g/m3, kg/ m3 oder auch g/l sein. Also immer eine Masse (ein Gewicht) pro Volumeneinheit.

Das Prinzip, um die Dichte zu ermitteln

Die Dichtewert in 3 Schritten bestimmt:

1.Bestimmung der Masse also des Gewichts,
2.Bestimmung des Volumens,
3.Berechnung der Dichte als Quotient von Masse und Volumen bei sinnvoller Rundung.

Zusammenfassung – Dichte einfach beschrieben

Wir wissen nun, dass wir zur Bestimmung der Dichte die Masse (das Gewicht) und das Volumen benötigen. Die Dichte wird bestimmt, um verschiedene Stoffe miteinander zu vergleichen. Es gibt Tabellen, in denen Ihr die spezifische Dichte von Stoffen ablesen könnt. Man kann nicht nur die Dichte von Körpern bestimmen. Es lässt sich auch die Dichte von Flüssigkeit und von Gasen ermitteln.

Bestimmung der Dichte von Luft – ein leichter Versuch

Wir werden nun die Dichte von Gasen ermitteln: Als Beispiel nehmen wir das „Gas“ Luft. Wir benötigen eine Spritze.

1. Schritt – die Masse durch wiegen ermitteln

Zuerst wiegen wir die leere Spritze, das ergibt die Masse (m), von der leeren Spritze. Sie wiegt 100 g. Dann ziehen wir die Spritze auf und lassen die Luft einströmen. Nun wiegen wir die volle Spritze, sie wiegt 100,06 g. Die Differenz ergibt die Masse der Luft, die sich nun in der Spritze befindet. In unserem Beispiel beträgt die Differenz 100,06 g minus 100 g ist gleich 0,06 g, also ziemlich wenig.

2. Schritt – das Volumen ablesen

Wir lesen das Volumen an der Spritze ab. Wir lesen 50 ml ab, das ist dasselbe wie 50 cm3 (Kubikzentimeter), demnach ist das Volumen v = 50 cm3.

3. Schritt – die Dichte ist einfach zu berechnen

Wir berechnen die Dichte: p=m/v,

Also p = 0,06 g / 50 cm3 = 0,0012 g/cm3 (Gramm pro Kubikzentimeter). Das sind uns zu viel Nullen.

Wir rechnen in kg/cm3 und dividieren durch 1.000 – ist gleich 1,2 kg/m3.

Nun wissen wir: Die Dichte von Gasen, wie Luft, kann man beispielsweise mit einer Spritze bestimmen.