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„Sichtbarer Luftdruck“
Experiment des Monats April 2014
Das brauchst Du für Dein Experiment
- einen feuerfesten Glasbecher
- eine Gummimembran (z. B. aufgeschnittener Luftballon)
- Befestigungsband (z. B. Tesafilm)
- ein Gestell und ein Teelicht
- Schüssel mit Eiswürfeln
Und so funktioniert Dein Experiment
1) Bild 1:
Dichte einen Glasbecher mit einer Gummimembran ab. Die Luft im Becher hat die gleiche Temperatur und den gleichen Luftdruck wie die Umgebungsluft.
2) Bild 2:
Stelle den Glasbecher auf ein Gestell und zünde eine Kerze darunter an. Beobachte was mit der Membran passiert. Die Membran wölbt sich nach außen.
3) Bild 3:
Lass den Glasbecher etwas abkühlen und stelle ihn dann in ein kaltes Wasserbad. Beobachte was mit der Membran passiert. Die Membran wölbt sich nach innen.
Warum bewegt sich die Membran?
Luft besteht aus vielen kleinen Teilchen, den sogenannten Luftmolekülen. In warmer Luft bewegen sich diese Luftmoleküle schneller als in kalter Luft. Sie schubsen und stoßen sich voneinander ab, so dass der Abstand zwischen ihnen größer wird, je wärmer die Luft ist.
Wird nun die eingeschlossene Luft in dem Becher erwärmt, dann benötigt sie einen größeren Raum als dieselbe Menge kalter Luft. Durch die Erwärmung ist der Luftdruck im Becher gestiegen. Da sich der Glasbecher nicht verformen kann, wölbt sich die flexible Membran nach außen (Bild 2).
Wenn der Glasbecher abgekühlt wird, so dass die Luft in dem Becher noch kälter wird als die Umgebungsluft, dann sinkt der Luftdruck im Becher und die Membran wölbt sich nach innen (Bild 3).
Bringt man den Becher und die Luft darin wieder auf Umgebungstemperatur, dann wird der Ausgangszustand wieder hergestellt (Bild 1).
Wusstest Du, dass der Stirling-Motor nach dem gleichen Prinzip funktioniert?
Bei einem Stirling-Motor befindet sich im Motorinnenraum ein druckdicht eingeschlossenes Arbeitsgas. Dieses Arbeitsgas wird auf der einen Seite des Motors erhitzt. Dadurch steigt der Druck, den der Stirling-Motor in Arbeit umwandelt.
Damit der Druckanstieg immer wieder erfolgen kann, muss nach jeder Erwärmung auch im gleichen Rhythmus eine Abkühlung der Luft erfolgen, um immer wieder zum Ausgangszustand zu kommen. Auf der anderen Seite des Motors wird das Arbeitsgas gekühlt.
Im Stirling-Motor wird das Arbeitsgas periodisch zwischen dem kalten und dem heißen Bereich des Zylinders hin und her geschoben. So wird Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt.
Dr. Andreas Gimsa ist Geschäftsführer des Stirling Technologie Instituts Potsdam gemeinnützige GmbH und verfügt über langjährige Erfahrungen bei der Entwicklung von Stirling-Motoren.
http://www.s-tip.org/html/index_1.htm
proWissen e.V. und PotsKids stellen hier zusammen mit Potsdamer Wissenschaftlern verschiedene Experimente vor.
