Wasserrohrbruch beim Gefrieren

mailbox05 · Anmeldungsdatum: 07.10.2020 Beiträge: 1

Meine Frage:
Woher kommt die gewaltige Energie um bei Frost das Wasserrohr zum bersten zu bringen?
Dem Wasser wird ja wenns kälter wird Enervie entzogen.

Gibts da eine Energiegleichung?

Meine Ideen:
Eventuell ist die schon von vornerein gespeichert

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5043

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5870

Beim Erstarren nimmt die innere Energie (kinetische und potentielle Energie der Moleküle) ab. Diese Energie wird frei, zum grössten Teil als (Schmelz-)wärme. Die Volumenarbeit spielt dagegen nur eine kleine Rolle. In den meisten Fällen ist sie negativ, die Dichte nimmt beim Erstarren im Normalfall ja zu. Die Ausdehnung beim Gefrieren des Wassers ist ein Sonderfall und hängt mit der molekularen Struktur des Wassers zusammen.

Beim Verdampfen/Kondensieren ist die Volumenarbeit als Differenz zwischen ausgetauschter Verdampfungswärme und Änderung der inneren Energie viel bedeutender, da auch die Volumenänderung beim Phasenübergang grösser ist.

Qubit · Anmeldungsdatum: 17.10.2019 Beiträge: 829

Ja, das hängt mit der sogenannten Anomalie des Wassers zusammen. Wasser hat die grösste Dichte bei 4°C, darunter nimmt die Dichte ab, Eis dehnt sich aus. Das hat mit der Wasserstoffbrückenbindung zu tun, eine letztlich elektrostatische intermolekulare Kraft. Wenn die thermische Energie abnimmt, dann dominiert diese Kraft und sorgt für "Fernordnung", die intermolekularen Abstände nehmen zu. In Summe können diese Kräfte sehr grosse Beträge erreichen, so dass Rohre oder auch Mauerwerk "gesprengt" werden können.

Qubit · Anmeldungsdatum: 17.10.2019 Beiträge: 829

Also du kannst dir folgendes "Bild" malen:

bei genügend hoher Temperatur, thermischer Energie, "zappeln" die Wassermoleküle noch dicht bei einander, das überwiegt die intermolekularen Kräfte aufgrund der Wasserstoffbrückenbindung. Kühlst du nun das Wasser ab, dann gibt es bei ca. 0°C einen Phasenübergang, flüssiges Wasser wird zu Eis. Die Kondensationswärme wird an die Umgebung abgegeben. Gleichzeitig wirken verstärkt die intermolekularen Kräfte aufgrund der Wasserstoffbrückenbindung. Diese sorgen mit abnehmender Temperatur dafür, dass die intermolekularen Kräfte einem Gleichgewichtszustand, also zunehmenden Abstand, zustreben. Ein Molekül verschiebt sich damit gegen das andere. In Summe treten dann die betrachteten grossen Kräfte auf und überwiegen die Bindungskräfte der Umgebung (Rohr, Mauerwerk, etc.). Es kommt zum "Bersten".

Mathefix · Anmeldungsdatum: 05.08.2015 Beiträge: 5867 Wohnort: jwd

Experiment Anomalie Wasser

https://youtu.be/AN6RoW9da1o