Besteht die 5-Cent-Münze eigentlich aus Kupfer? ERPR OB
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• Die 5-Cent-Münze sieht aus, als ob sie aus Kupfer gefertigt ist. Aber ist sie das wirklich?
• Die Münze wird von einem Magneten angezogen. Dies spricht dagegen, dass sie aus reinem Kupfer ist.
Wie kann man auf eine zweite Weise überprüfen, ob die Münze aus reinem Kupfer ist?
Aufgabe:
• Überlege dir einen Versuch, mit dessen Hilfe du diese Frage möglichst einfach klären kannst.
• Dir stehen die Mittel zur Verfügung, die du in der Schulsammlung findest.
Hinweis:
Metall
Elektrische Leitfähigkeit in
m/(Ω·mm2)
Dichte in g/cm3
Schmelzpunkt in °C
Aluminium 2,7 659
Kupfer 60 8,9 1083
Silber 10,5 960
Gold 19,3 1063
Erinnere dich:
Metalle
unterscheiden sich in ihren Eigenschaften.
Sie haben z.B.
verschiedene
Schmelzpunkte, Dichten und
Leitfähigkeiten.
H1
• Was sollst du machen?
• Beschreibe deine Aufgabe nochmals mit eigenen Worten!
L1
Du sollst einen Versuch entwickeln, mit dem du überprüfen kannst, ob die 5-
Cent-Münze aus reinem Kupfer besteht.
Oder mit anderen Worten
Du sollst einen Versuch entwickeln, mit dem du überprüfen kannst, ob das
Material, aus dem die Münze besteht, Eigenschaften von Kupfer hat.
H2
• Betrachte die Eigenschaften von Kupfer.
• Wie könntest du überprüfen, ob das Material, aus dem die Münze besteht, Eigenschaften von Kupfer hat?
L2
• Um den Schmelzpunkt der Münze zu
bestimmen, müsstest du eine oder mehrere Münzen schmelzen und die Temperatur
messen.
• Um die Dichte zu ermitteln, müsstest du die Masse (Gewicht) und das Volumen der Münze bestimmen und zueinander in Beziehung
setzen.
• Um die Leitfähigkeit zu bestimmen, müsstest du die Münze in einen Stromkreis einbauen
und Stromstärke und Spannung messen.
H3
• Überlege dir, welche Eigenschaft des Münzmaterials am einfachsten zu
bestimmen ist bzw. welcher Versuch am leichtesten durchzuführen wäre:
Bestimmung des Schmelzpunktes, Bestimmung der Dichte,
Bestimmung der Leitfähigkeit.
L3
• Um den Schmelzpunkt der Münze bestimmen zu können, brauchst du einen Behälter, der die hohe Schmelztemperatur von Kupfer aushält.
Außerdem brauchst du ein Thermometer, welches so hohe Temperaturen anzeigt.
• Um die Dichte bestimmen zu können, brauchst du eine Waage, damit du die Masse der Münze ermitteln kannst. Außerdem musst du das zugehörige Volumen bestimmen.
• Um die Leitfähigkeit messen zu können, brauchst du eine
Spannungsquelle, ein Amperemeter und ein Voltmeter. Allerdings ist die Form der Münze nicht für eine genaue Messung geeignet.
Die Dichtebestimmung ist daher am einfachsten durchzuführen!
H4
Um die Dichte zu ermitteln, muss man Masse und Volumen zueinander in
Beziehung setzen, das heißt:
Volumen Masse
Dichte= oder als Formel ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
= 3
cm g V
ρ m
(ρ gesprochen „rho“)
Wie bestimmst du also die Dichte des Münzmaterials?
L4
So berechnest du die Dichte der Münze:
Masse der Münze (in Gramm) geteilt durch Volumen der Münze (in Kubikzentimeter).
Münze der
Volumen
Münze der
Gewicht Masse
Münze der
Dichte ( )
= ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ cm3
g
H5
• Die Masse der Münze bestimmst du durch Wiegen.
• Das Volumen eines Festkörpers kann man eigentlich nur errechnen, oder?
Tipp: Was passiert, wenn du z.B. einen Stein in ein Glas mit Wasser eintauchst?
L5
• Wenn du einen Stein in ein Glas Wasser tauchst, dann steigt der Wasserspiegel im Glas. Der Stein verdrängt Wasser und zwar genau so viel, wie es seinem Volumen entspricht.
• Auf diese Weise könntest du das Volumen eines Festkörpers bestimmen:
Du gibst in einen Messzylinder Wasser und liest den Wasserstand ab. Danach gibst du den
Festkörper in den Messzylinder und liest erneut den Wasserstand ab. Der Unterschied zwischen den Wasserständen entspricht dem Volumen des Festkörpers.
H6
• Nun hast du alles zusammen, um einen
Versuchsplan aufzustellen, mit dem du die Dichte der 5-Cent-Münze bestimmen kannst.
• Beachte:
Eine Münze ist ziemlich klein, du müsstest also mit sehr kleinen Werten arbeiten. Das
Ergebnis wäre somit sehr ungenau. Es ist
daher am besten, wenn du mehrere Münzen (ca. 20) nimmst.
L6
1. Wiege mehrere 5-Cent-Münzen, z.B. 20, zusammen ab und notiere die Masse (das Gewicht).
2. Fülle einen geeigneten Messzylinder etwa zur Hälfte mit Wasser und schreibe den Wasserstand auf.
3. Gebe die Münzen vorsichtig in den Messzylinder.
Vermeide Spritzer, sie verfälschen das Ergebnis! Notiere den neuen Wasserstand.
4. Berechne die Dichte und vergleiche sie mit dem Wert für Kupfer.
