Besteht die 5-Cent-Münze eigentlich aus Kupfer?

Transkript

1 Besteht die 5-Cent-Münze ERPROBUNGSFASSUNG eigentlich aus Kupfer?

2 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?

3 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.

4 Hinweis: Erinnere dich: Metalle unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Sie haben z.b. verschiedene Schmelzpunkte, Dichten und Leitfähigkeiten. Metall Elektrische Leitfähigkeit in m/(ω mm 2 ) Dichte in g/cm 3 Schmelzpunkt in C Aluminium 2,7 659 Kupfer 60 8, Silber 10,5 960 Gold 19,3 1063

5 H1 Was sollst du machen? Beschreibe deine Aufgabe nochmals mit eigenen Worten!

6 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.

7 H2 Betrachte die Eigenschaften von Kupfer. Wie könntest du überprüfen, ob das Material, aus dem die Münze besteht, Eigenschaften von Kupfer hat?

8 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.

9 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.

10 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!

11 H4 Um die Dichte zu ermitteln, muss man Masse und Volumen zueinander in Beziehung setzen, das heißt: Masse m g Dichte = oder als Formel ρ = 3 Volumen V cm (ρ gesprochen rho ) Wie bestimmst du also die Dichte des Münzmaterials?

12 L4 So berechnest du die Dichte der Münze: Masse der Münze (in Gramm) geteilt durch Volumen der Münze (in Kubikzentimeter). Dichte der Münze = Masse ( Gewicht) Volumen der der Münze Münze g cm 3

13 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?

14 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.

15 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.

16 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.