Wie kann sich ein Draht durch einen Eiswürfel wandern ohne ihn zu zerschneiden?

Material

  • Eiswürfel aus einer Eiswürfelschale des Gefrierfachs
  • dünner Metalldraht (Durchmesser: ca. 0,2 mm; Länge: 20 cm)
  • 2 Gewichtstücke (je ca. 1 kg) oder etwas anderes Schweres was du an den Draht binden kannst
  • leere Flasche mit Korken als Auflage für den Eiswürfel

Ein Korken wird ungefähr zur Hälfte in eine Flasche gedrückt, auf den Korken legt man einen Eiswürfel. An den Enden eines ca. 20 cm langen Drahtstücks befestigt man zwei Gewichtstücke (Drahtschlaufe um das Gewicht legen und den Draht verdrillen) und legt den Draht, wie aus dem Bild ersichtlich, über den Eiswürfel.

Der so beschwerte Draht wird sich langsam durch den Eiswürfel schneiden, ohne dass dabei der Eiswürfel zerschnitten wird. Nach vollständigem Durchdringen des Eiswürfels mit dem Draht ist der Eiswürfel nicht in zwei Stücke geteilt, sondern noch immer ein einziges Stück.

Die Schmelztemperatur eines Stoffes ist vom Druck abhängig. Bei Eis sinkt die Schmelztemperatur mit steigendem Druck (siehe zweite Bemerkung) (bei fast allen anderen Stoffen steigt die Schmelztemperatur mit steigendem Druck).

Der Draht übt aufgrund der Gewichte und seiner wegen seines kleinen Durchmessers kleinen Auflagefläche einen großen Druck auf das Eis aus, so daß unter dem Draht die Schmelztemperatur des Eises niedriger ist als im restlichen Eiswürfel. Bei gleicher Temperatur von Draht und Eis schmilzt das Eis unter ihm  und ermöglicht ein tieferes Eindringen in den Eiswürfel, während das entstandene Wasser über dem Draht wieder gefriert, da hier kein erhöhter Druck wirkt. Der Druck allein kann jedoch das beobachtete Eindringen des Drahtes in das Eis quantitativ nicht erklären.

Neben dem Herabsetzen des Schmelzpunktes durch den ausgeübten Druck spielt die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Drahtes eine Rolle. Je größer die Wärmeleitfähigkeit ist, desto größer ist die Energiezufuhr aus der Umgebung (ein Großteil des Drahtes ist ja nicht im Eis, sondern in der wesentlich wärmeren Luft) und um so schneller durchschneidet der Draht den Eiswürfel.

So durchdringt ein Kupferdraht bei gleichen Gewichtstücken einen gleich großen Eiswürfel wesentlich schneller als ein Nylonfaden mit gleichem Durchmesser aber wesentlich niedrigerer Wärmeleitfähigkeit.

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