Heftfächer 03 2018

Was ist Luft?

Die Luft, die uns ständig umgibt, können wir nicht sehen, und wenn nicht gerade ein Wind weht, fühlen wir sie auch nicht. Aber Luft ist nicht nichts! Erkundet in einfachen Versuchen die Eigenschaften und Kräfte der Luft.

Experimente
Von Anna Bunde, 20.05.2020 0 Kommentare

Luft ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. Nur 21 Prozent, also gut ein Fünftel der Mischung, sind Sauerstoff, 78 Prozent Stickstoff und 1 Prozent ist das Edelgas Argon. Der vierthäufigste Bestandteil ist Kohlendioxid, das aber nur noch einen winzigen Anteil von 0,038 Prozent hat und damit schon zu den sogenannten Spurengasen zählt. Außerdem kommen noch 20 weitere Gase nur in Spuren in dem Gemisch vor. Daneben sind in der Luft noch Stoffe enthalten, die keine Gase sind, wie zum Beispiel Wasser in Form von Tropfen oder Eiskristallen, Staubpartikel, Pollen und Bakterien. 

01a Luft sichtbar machen 

Hand drückt Glas unter Wasser
Wirklich nichts drinnen?

Material: 1 Glas, Wasserbehälter 

Füllt die Spüle oder eine große Schüssel mit Wasser und drückt ein Glas mit der Öffnung nach unten ins Wasser. Diesen Versuch kann man auch mit Plastikbechern in der Badewanne machen. 

Beobachtung: Die Luft wird sichtbar. Sie bleibt im Glas, auch wenn es untertaucht. 

Erklärung: Das Wasser kann nicht in den Becher strömen, da der Raum im Glas schon von der Luft in Anspruch genommen wird.

01b Luft umfüllen 

Zwei Gläser unter Wasser
Es bilden sich Luftblasen

Material: 2 Gläser, Wasserbehälter 

Taucht ein zweites Glas so unter Wasser, dass es voll läuft. Lasst nun die Luft aus dem luftgefüllten Glas entweichen und haltet die Öffnung des anderen Glases darüber. 

Beobachtung: Die Luftblasen steigen auf und sammeln sich im zweiten Glas. Dort, wo Wasser war, ist jetzt Luft und umgekehrt. 

Erklärung: Luft ist leichter als Wasser und entweicht nach oben. Im wassergefüllten Glas steigt die Luft auch nach oben und verdrängt das Wasser nach unten aus dem Becher heraus. 

02 Luft wiegen 

Fußball wird aufgepumpt und gewogen
Einmal kräftig pumpen, bitte!

Material: Ball, Pumpe, Brief- oder Küchenwaage 

Lasst die Luft aus dem Ball und wiegt ihn. Pumpt dann den Ball wieder so prall wie möglich auf und wiegt ihn erneut. Wie groß ist die Differenz? 

Beobachtung: Unser Ball war nach 30 Hüben mit der Ballpumpe 5 g schwerer. 

Erklärung: Ein Liter Luft wiegt bei 25 °C und normalem Luftdruck 1,18 g. Wenn 4 Liter Luft in den Ball gepumpt werden, wiegt er 4 x 1,18 g = 4,72 g mehr. 

Was gibt der Luft ihr Gewicht? 

Die Luft besteht aus Atomen und Molekülen – unvorstellbar kleinen Teilchen. In einem Liter Luft befinden sich 2,68 * 1022 dieser Teilchen – eine Zahl mit 22 Nullen! Also unvorstellbar viele dieser kleinsten Teile, die alle ein eigenes Gewicht haben. All diese unzähligen winzigen Gewichte zusammen wiegen 1,18 g pro Liter Luft. Diesen Gewichtsdruck der Luftsäule bezeichnet man als Luftdruck. Auf einen Quadratzentimeter, also etwa die Fläche eines Fingernagels, lastet ungefähr das Gewicht von einer Wasserflasche! 

03 Der Druck der Luft 

Wasserflasche liegt im Spülbecken
Die Flasche füllt sich mit dem Wasser

Material: große Flasche 

Legt eine möglichst große und hohe Flasche ins Spülbecken. Wenn die Flasche voll Wasser gelaufen ist, hebt Ihr sie mit der Öffnung nach unten an. 

Beobachtung: Solange die Öffnung unter dem Wasserspiegel bleibt, fließt kein Wasser aus der Flasche. 

Erklärung: Da keine Luft in die Flasche strömen kann, kann das Wasser auch nicht auslaufen. Der Druck der Umgebungsluft, der auf den offenen Wasserspiegel lastet, drückt das Wasser in die Flasche hinein. Erst wenn der Druck des Wassers in der Flasche größer als der Luftdruck wäre, könnte das Wasser aus der Flasche heraus. Dann würde sich in der Flasche ein luftleerer Raum, ein Vakuum, bilden. Allerdings müsste die Flasche dafür 10 Meter hoch sein – etwa so hoch wie ein Einfamilienhaus! 

04 Luftballon füllen 

Ballon stülpt über einer Flasche
Der Ballon pustet sich auf

Material: große Glasflasche, kleiner Luftballon 

Legt eine offene leere Flasche ins Gefrierfach. Lasst das Spülbecken mit heißem Wasser volllaufen. Zieht den Luftballon über die kalte Flasche und stellt sie ins Wasser. 

Beobachtung: Nach kurzer Zeit füllt sich der Luftballon mit Luft. 

Erklärung: Die Luft in der kalten Flasche ist ebenfalls kalt. Wenn die Flasche im heißen Wasser steht, erwärmt sich die Luft und dehnt sich aus – bis in den Ballon. Je größer die Temperaturunterschiede sind, desto größer ist die Wirkung. 

Tipp: Pustet den Luftballon erst ein paarmal auf, damit er ausleiert, bevor Ihr ihn auf die Flasche zieht. Und haltet die Flasche am besten fest, wenn Ihr sie ins Wasser stellt - sie könnte umkippen. 

Warum dehnt sich warme Luft aus? 

Anders als bei festen oder flüssigen Stoffen sind die einzelnen Teilchen bei einem Gasgemisch wie Luft nicht fest oder lose verbunden, sondern bewegen sich frei und in großem Abstand zueinander im Raum. Wenn die Luft wärmer wird, nehmen die Teilchen Energie auf und bewegen sich stärker. Auch ihr Platzbedarf wird dabei größer. Wenn sie den Raum dazu bekommt, dehnt sich warme Luft deshalb aus. Das kann man mit einer Gruppe von Kindern vergleichen, die beim Essen am Tisch sitzen. Alle haben ausreichend Platz. Nach dem Essen, wenn die Kinder energiegeladen sind und sich bewegen wollen, wird es am Tisch viel zu eng. Die Kinder müssen sich dann mehr Raum nehmen – und verlassen den Tisch zum Toben. 

05 Rückstoßprinzip 

Ballon ist an Trinkhalm befestigt
Ab mit der Rakete!

Material: glatte Schnur (z.B. Angel- oder Drachenschnur), Strohhalm ohne Knick, Luftballon, Klebefilm, Tütenklemme 

Fädelt den Strohhalm auf die Schnur und spannt sie im Zimmer auf. Verschließt den aufgeblasenen Luftballon mit der Klemme. Klebt den Luftballon am Strohhalm fest und zieht ihn dann an das eine Ende der Schnur. Öffnet jetzt den Verschluss (dabei den Ballon nicht festhalten!). 

Beobachtung: Der Ballon saust an der Schnur davon. 

Erklärung: Der Ballon hält die Luft unter Druck. Wird der Verschluss geöffnet, strömt die Luft heraus. Dieser Luftstrom drückt sich am Widerstand der Umgebungsluft ab und treibt den Ballon nach vorne. Dabei entspricht die nach vorne gerichtete Kraft der Kraft, mit der die Luft hinten ausströmt – ein Prinzip, das man auch ausnutzt, um Raketen in den Weltraum zu schießen. 

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