Wärmeausdehnung unter extremen Drücken

Hallo zusammen,

kurz vorweg, ich bin Techniker und habe daher nur Hobbymäßig mit Chemie / Physik zu tun. Also bitte nicht böse sein wenn mein Wissensstand für manche Dinge noch nicht ausreichen sollte Ich bin hier um zu lernen und diesen Wissensstand (hoffentlich^^) zu erweitern

Wenn die Temperatur steigt zeigen die meisten (wenn auch nicht alle) Stoffe und Verbindungen ja eine Ausdehnung mit steigender Temperatur. Im allgemeinen (vermutlich zur Vereinfachung) geht man davon aus dass Druck auf Festkörper wie Metalle oder Oxide keinen Einfluss auf die Wärmedehnung hat, da diese so gut wie nicht komprimierbar sind.
Doch wie sieht das ganze bei extremen Drücken aus? Ich denke da an Drücke im Erdkern, etc… Durch diese extremen Drücke sollten ja auch im Festkörper die Atomabstände schrumpfen und damit doch theoretisch auch der Wärmeausdehnung entgegenwirken, oder? Also müsste doch theoretisch unter extremen Drücken auch der Ausdehnungskoeffizient sinken. Was passiert denn unter diesen wirklich heftigen Druckbedingungen? Die Frage hat keinen praktischen Hintergrund, es interessiert mich nur da bei Festkörperausdehung der Druck immer ignoriert wird. Daher mal die Frage was passiert wenn wirklich gut Druck da ist Immerhin ist Druck ja ein Widerstand der gegen die Ausdehnung arbeitet.

Umrechenbar
Hallo,

denke Dir die beiden Dinge einfach getrennt!

Druck komprimiert einen Körper gemäß seines EModuls
Wärme dehnt einen Körper gemäß seines Ausdehnungskoeffizienten

Du kannst Dir, wenn Du möchtest, einen von Temperatur und Druck abhängigen Ausdehnungkoeffizienten errechnen. Vermutlich hat das auch schon jemand gemacht für bestimmte Bereiche und Materialien. Bei extremen Drücken bekommst Du vermutlich extrem schwer an korrekte Werte.

Gruß
achim

Hallo,

aha also ist es durchaus möglich einen durch wärme ausgedehnten Körper unter extremen Druckverhältnissen wieder zu komprimieren.
Das ist verständlich dass das gerade unter extremen Bedingungen nicht so einfach ist :smile: Mich wundert nur dass der Druck bei der Ausdehnung eigentlich immer vernachlässigt wird (bei Festkörpern) obwohl dieser ja hier auch eine Rolle spielt (wenn auch der Druck extrem groß sein muss :smile: ) Es hätte mich auch ehrlich gesagt gewundert wenn der Druck hier überhaupt keinen Einfluss hätte denn es gibt ja beispielsweise auch durch Druck erzwungene Phasenumwandlungen zu dichteren Modifikationen (Quarz zu Coesit z.B.) warum dann nicht auch druckbedingtes Schrumpfen eines Festkörpers :smile:

Hallo,

aha also ist es durchaus möglich einen durch wärme
ausgedehnten Körper unter extremen Druckverhältnissen wieder
zu komprimieren.

Na logisch ist das so und im Prinzip nicht nur unter extremen Druckverhältnissen, sondern bei jedem Druck. Nur ist der Effekt bei geringen Drücken eben minimal und damit meist zu vernachlässigen.
Es gibt aber auf der Erde sicher kein Mat. das nicht auch komprimierbar ist.

Das ist verständlich dass das gerade unter extremen
Bedingungen nicht so einfach ist :smile: Mich wundert nur dass der
Druck bei der Ausdehnung eigentlich immer vernachlässigt wird
(bei Festkörpern) obwohl dieser ja hier auch eine Rolle spielt

In der Regel hat man aber keinen extremen Druck oder der Druck macht nur Effekte 2. Ordnung.

(wenn auch der Druck extrem groß sein muss :smile: ) Es hätte mich
auch ehrlich gesagt gewundert wenn der Druck hier überhaupt
keinen Einfluss hätte denn es gibt ja beispielsweise auch
durch Druck erzwungene Phasenumwandlungen zu dichteren
Modifikationen (Quarz zu Coesit z.B.) warum dann nicht auch
druckbedingtes Schrumpfen eines Festkörpers :smile:

Wenn du wirklich extreme Drücke annimmst, dann geht das zunächst in diese Richtung:
http://de.wikipedia.org/wiki/Neutronenstern#Eigensch…

Darüber hinaus kommt man zu schwarzen Löchern, über deren innere Struktur man derzeit aber keine verlässlichen Aussagen mehr machen kann.
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzes_Loch
Gruß Uwi

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Hallo Fragewurm,

Das ist verständlich dass das gerade unter extremen
Bedingungen nicht so einfach ist :smile: Mich wundert nur dass der
Druck bei der Ausdehnung eigentlich immer vernachlässigt wird
(bei Festkörpern) obwohl dieser ja hier auch eine Rolle spielt
(wenn auch der Druck extrem groß sein muss :smile: ) Es hätte mich
auch ehrlich gesagt gewundert wenn der Druck hier überhaupt
keinen Einfluss hätte denn es gibt ja beispielsweise auch
durch Druck erzwungene Phasenumwandlungen zu dichteren
Modifikationen (Quarz zu Coesit z.B.) warum dann nicht auch
druckbedingtes Schrumpfen eines Festkörpers :smile:

Kohlenstoff macht auch lustige Dinge, der wird zum Diamant.

Praktisch hast du auch noch ein grosses Problem:
Wie willst du den erzeugten Druck durch Ausdehnung eines Festkörpers Messen?

Praktisch dehnt sich dabei der Behälter auch aus.
Bei extremen Temperaturen wird dann der Behälter mindestens verformbar, wenn nicht flüssig :frowning:

MfG Peter(TOO)

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Hallo ,

vielen Dank :smile: Dann kann man durchaus die Ausdehnung mit entsprechendem Gegendruck hemmen. Mich hätte es auch gewundert wenn der Druck überhaupt keinen Einfluss ausüben würde :smile:

Eisenbahnschienen
Hallo,

endlose Eisenbahnschienen dehnen sich ja auch aus, in einem Temperaturbereich von fast 100°C . In 2 Raumrichtungen ohne Probleme, in Fahrtrichtung geht es nicht. Hier entsteht eine Spannung, d.h. die Eisenbahnschienen werden soweit zusammengequetscht, dass sich Wärmeausdehnung und Elastizität gerade aufheben.

Durch die vielen Schwellen (alle paar Dezimeter) führt die Spannung in eine Richtung auch nicht zu verbogenen Bahnschwellen.

Gruß
achim

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Stimmt, das habe ich auch gelesen dass hier durch die massive Verankerung und Verlegetechnik die Ausdehnung in Druckspannung umgewandelt wird und sich in Längsrichtung nichts dehnt.

Hallo Achim,

endlose Eisenbahnschienen dehnen sich ja auch aus, in einem
Temperaturbereich von fast 100°C . In 2 Raumrichtungen ohne
Probleme, in Fahrtrichtung geht es nicht. Hier entsteht eine
Spannung, d.h. die Eisenbahnschienen werden soweit
zusammengequetscht, dass sich Wärmeausdehnung und Elastizität
gerade aufheben.

Die Schienen stehen, je nach Temperatur unter Zug.

Deshalb hat man in sehr kalten Wintern vermehrt Schienenbrüche, weil die Zugspannung zu gross wird.
In sehr heissen Sommern kann es umgekehrt zu Verwerfungen kommen.

Am meisten arbeiten die Gleise in den Kurven, da ändert sich der Radius etwas, je nach Temperatur.

MfG Peter(TOO)

kein Beweis
Hallo,

endlose Eisenbahnschienen dehnen sich ja auch aus, in einem
Temperaturbereich von fast 100°C . In 2 Raumrichtungen ohne
Probleme, in Fahrtrichtung geht es nicht. Hier entsteht eine
Spannung, d.h. die Eisenbahnschienen werden soweit
zusammengequetscht, dass sich Wärmeausdehnung und Elastizität
gerade aufheben.

Ja, das ist natürlich so.
Aber als Beweis kann das trotzdem nicht ganz herhalten, weil eben die Pressung in Längsrichtung auch durch Verformung in Querrichtung ausgeglichen werden kann.

Gruß Uwi

Stimmt das Schienenbeispiel ist nicht unbedingt optimal da das Material immer noch gewisse Möglichkeiten hat sich zu dehnen.

Ich habe jetzt auch auf diversen Physikseiten unter anderem auch in Verbindung mit Hochdruckexperimenten gelesen dass Festkörper auch komprimierbar sind (Atomabstände rücken im Kristallgitter näher zusammen). Also es ist so wie ich das verstanden habe nur eine Frage des Druckes der auf dem Körper lastet.
Das Beste Beispiel das ich bis jetzt gefunden habe ist (Lt. Wikipedia) der trotz ca. 5000°C heiße, feste Eisenkern dessen Dichte sogar ca. doppelt so hoch ist als auf der Erdoberfläche :smile: Das ist wie ich finde ein sehr beeindruckendes Beispiel :smile:

E-Modul nicht
Halo Achim,
Dein Bezug auf den E-Modul passt nicht ganz, denn dieser wird bei freier Dehnung / Stauchung gemessen. In der Frage geht es aber um Druck, und der kommt normalerweise aus allen Richtungen gleichmäßig. Der dann zu bestimmende Wert liegt sicher weit über dem E-Modul des jeweiligen Werkstoffes.

Aktuell zum Thema Schienen und Wärme
Hallo,

Ist mir gerade untergekommen:

http://www.20min.ch/schweiz/dossier/oevau/story/Scho…

MfG Peter(TOO)