Der Kochtopf auf dem Mount Everest
Wikipedia/Luca Galuzzi
Betrachten wir wieder das Beispiel vom Wasser: Wir wollen einen Topf mit Wasser zum Kochen bringen. Und zwar auf Höhe des Meeresspiegels. Um einen Vergleich zu haben, stellen wir einen zweiten Kochtopf auf den höchsten Berg der Erde, den Mount Everest. Sein Gipfel liegt 8850 Meter hoch über dem Meeresspiegel und da oben ist die Luft schon ziemlich dünn und der Luftdruck entsprechend niedrig! Zwar ist es auf dem Mount Everest auch deutlich kälter als unten – aber das ist egal. Wir erhitzen ja die beiden Töpfe. Deshalb ist der einzige Unterschied zwischen unseren zwei Kochtöpfen der Luftdruck, der sie umgibt. Betrachten wir einmal diese Abbildung:
Hier sind die beiden mit Wasser gefüllten Töpfe zu sehen. Die Zahlen unter den Töpfen zeigen die Höhe über dem Meeresspiegel, auf der sie sich jeweils befinden, in Metern an. Die grauen Kreise stellen die Luftmoleküle dar, die schwarzen Pfeile an ihnen die Richtung, in die sie sich bewegen. Nur damit kein Missverständnis aufkommt: In Wirklichkeit sind es viele Milliarden Mal mehr Luftmoleküle, aber wir schauen hier nur auf das Verhältnis und haben die Sache daher mal wieder stark vereinfacht. Wie du in der Illustration sehen kannst, sind auf dem Mount Everest viel weniger Luftmoleküle unterwegs als auf Höhe des Meeresspiegels. Genauer gesagt sind es unten drei Mal so viele Luftmoleküle wie auf dem Mount Everest. Das bedeutet, dass der Luftdruck unten etwa dreimal so groß ist wie auf dem Berggipfel.
Fangen wir also an, unser Wasser zu erhitzen. Mittlerweile kannst du dir vielleicht auch denken, was geschieht: In beiden Töpfen bewegen sich die Wassermoleküle immer schneller. Zuerst sieht beides gleich aus. Doch dann – bei etwa 70 °C – geschieht im Topf auf dem Mount Everest etwas Erstaunliches: Eigentlich beginnt Wasser ja bei 100 °C zu kochen. Aber auf dem Berggipfel fängt das Wasser schon viel früher zu kochen an! Schon bei 70 °C! Durch den geringeren Luftdruck haben es die Teilchen im Wasser leichter, sich immer schneller und schneller zu bewegen und auch die Wasseroberfläche zu verlassen – einfach, weil sie nicht mehr so stark durch die Luftmoleküle daran gehindert werden. Das zeigt uns, wie der Luftdruck den Aggregatzustand beeinflusst.
Wie die Temperatur und auch der Druck die Bewegung der Teilchen beeinflussen, kannst du in dieser interaktiven Animation auch mal selbst ausprobieren:
PhET/University of Colorado
Hintergrundbild: Sara zenith – Eigenes Werk / CC BY-SA 4.0