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Umweltphysik Montag
UP 7 Aerosole und Laborexperimente
Zeit: Montag 15:15–16:00 Raum: HS 16
UP 7.1 Mo 15:15 HS 16
Salzaerosole: Thermodynamik und Nukleation einzelner
Tröpfchen — •Mariam Hamza, Wolfgang Mikosch und Eckart
Rühl — Fachbereich Physik, Universität Osnabrück, Barbarastraße 7,
D-49069 Osnabrück
Mit Hilfe der berührungsfreien Speicherung in einer elektrodynamischen
Falle lässt sich die homogene Nukleation einzelner, übersättigter
Elektrolytlösungströpfchen (NaCl, KCl) mit hoher Genauigkeit untersuchen.
Aus der Temperaturabhängigkeit der kritischen Feuchten, bei denen
ein Phasenübergang beobachtet wird, wurden Solvatationsenthalpien
gesättigter sowie übersättigter Salz-Lösungen bestimmt. Während
sich aus Messungen gesättigter Lösungen die bekannten Literaturwerte
reproduzieren lassen, erhält man bei übersättigten Lösungen einen
zusätzlichen deutlich exothermen Enthalpiebeitrag.
Weiterhin wurden aus den Kristallisationszeiten die Raten für die homogenen
Kristallisation bestimmt. Entgegen der klassischen Nukleationstheorie
findet man bei den untersuchten Salzlösungen mehrere Nukleationsprozesse,
die in unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen. Der beobachtete
S-förmige Anfangsverlauf der Nukleationswahrscheinlichkeit ist
zudem typisch für einen Übergangszustand mit einer zeitabhängigen Nukleationsrate,
innerhalb dessen sich eine Gleichgewichtsverteilung der kritischen
Clustergröße in der übersättigten Lösung ausbildet.
UP 7.2 Mo 15:30 HS 16
Stabilität hochgeladener Mikrotröpfchen und das Rayleigh -
Limit — •Denis Duft 1 , Thomas Leisner 1 , Bernd Huber 2 und
Claude Guet 3 — 1 TU Ilmenau, Institut für Physik, Weimarer Str. 32,
98693Ilmenau — 2 CEA-Grenoble, 17, rue des Martyrs, F-38054 Grenoble
Cedex 9, France — 3 CEA-DAM, IDF, F- 91680 Bruyeres le Chatel,
France
Die Spaltung elektrisch geladener Tropfen ist ein Prozess, der bei der
Ladungsseparation in Gewitterwolken sowie in verschiedenen technischen
Anwendungen wie Elektrospray - Ionisation, Brennstoff - Einspritzung
oder Tintenstrahldruck eine wichtige Rolle spielt. Lord Rayleigh zeigte
im Jahr 1882 in einer theoretischen Untersuchung, dass die Spaltung
der Tropfen auf eine Instabilität der Quadrupol-Schwingungsmode der
UP 8 Bodenphysik - Poster
Tropfenoberfläche zurückgeht. Die Grenze der Stabilität, das sogenannte
Rayleigh - Limit, konnte allerdings in neuen Experimenten nicht bestätigt
werden. Es wurde vermutet, dass andere Kanäle existieren, die zur Spaltung
der Tropfen vor Erreichen des Rayleigh - Limits führen können. Wir
berichten nun von der direkten Beobachtung von Explosionen geladener
Tropfen in denen die Amplitude und Phase von erzwungenen Quadrupol
- Oszillationen der Tropfenoberfläche als Indikator für die Stabilität
der Tropfen dient. Wir beobachten, dass die Coulomb-Instabilität mit
der Divergenz der Amplitude der Quadrupolschwingung einhergeht, welches
einen direkten Beweis für die Gültigkeit der Rayleigh’schen Theorie
darstellt.
UP 7.3Mo 15:45 HS 16
Laborexperimente zum polaren Ozonabbau: Photolyse von Dichlorperoxid
— •Jürgen Plenge, Roman Flesch, Sven Kühl,
Miriam Klusmann und Eckart Rühl — Fachbereich Physik, Universität
Osnabrück, Barbarastr. 7, 49069 Osnabrück
Dem atmosphärischen Spurengas Dichlorperoxid (ClOOCl) kommt eine
zentrale Rolle im Zusammenhang mit dem polaren Ozonabbau zu.
Für ClOOCl werden zwei konkurrierende Photolyseprozesse im nahen
UV diskutiert:
(a) ClOOCl + hν→ 2Cl+O2 Quantenausbeute φ(a);
(b) ClOOCl + hν→ 2 ClO Quantenausbeute φ(b).
Reaktionskanal (a) führt zur Zerstörung von Ozon, während Kanal
(b) ohne signifikanten Einfluss auf das Ozonbudget der Stratosphäre
ist. Es werden Laborexperimente zur Quantifizierung des Verzweigungsverhältnisses
der beiden Photolysekanäle vorgestellt. ClOOCl wird in
einem gekühlten Strömungssystem erzeugt. Die Photoanregung erfolgt
im nahen Ultraviolett (λ=250 nm und 308 nm) mit Hilfe eines gepulsten
Farbstofflasers bzw. Exzimer-Lasers. Die gebildeten Photoprodukte
werden nachfolgend mit zeitkorrelierter, dispergierter Vakuum-UV-
Strahlung (10 eV < hν < 25 eV) ionisiert und in einem Flugzeitmassenspektrometer
nachgewiesen. Die Experimente zeigen, dass sich ausschließlich
der Reaktionskanal (a) beobachten lässt. Die Quantenausbeute
für das Auftreten von Reaktionskanal (b) liegt entsprechend der
experimentellen Nachweisgrenze bei φ(b) < 3%.
Zeit: Montag 16:30–18:00 Raum: Galerie 1
UP 8.1 Mo 16:30 Galerie 1
Mehrphasenströmung mit Kapillarwirkung in porösen Medien
— •Helge Besserer und Rudolf Hilfer —Universität Stuttgart
Die Prozeßabhängigkeit definierender Zustandsfunktionen wie Kapillardruck
und relative Permeabilitäten sind das Hauptproblem in der traditionellen
Beschreibungsweise von Mehrphasenströmungen in porösen
Medien. Wir stellen einen alternativen makroskopischen Zugang vor.
Unsere Beschreibungssystematik erlaubt die Eingabe von charakteristischen
Größen wie Grenzflächenspannungen und Grenzflächendichten
in den makroskopischen Variablen- und Parametersatz. Diese Größen
kommen in den tradierten Mehrphasenströmungsgleichungen nicht vor.
Die Hysterese der relativen Permeabilitäten lösen sich als funktionale
Abhängigkeiten im erweiterten Zustandsraum auf.
UP 8.2 Mo 16:30 Galerie 1
SOLUTE MIXING AND MACROSCOPIC SOIL WATER
HYSTERESIS — •Michela Rossi 1 , Nadia Ursino 2 ,andHannes
Fluehler 1 — 1 Soil Physics, Swiss Federal Institute of Techonology
Zuerich, Schlieren, Switzerland — 2 Dipartimento IMAGe, Universita’ di
Padova, Via Loredan 20, 35131 Padua, Italy
Both field and laboratory experiments have shown that structural heterogeneity
of soils can strongly dominate the flow field depending on the
water saturation degree. At high saturation degrees they can behave
as quasi-homogeneous structures while at lower saturation degrees fast
and sharply delimited flow paths may be embedded in a low conductive
background. So, the conductivity map of a heterogeneous soil depends
on water saturation.
The variable hydraulic structure strongly affects the transport of dissolved
chemicals: the residence time of a certain chemical in a zone of
high sorption capacity changes with saturation affecting the mixing and
dilution processes.
We performed laboratory sand tank experiments in order to describe
and quantify the effect of physical heterogeneity at different stationary
flow regimes established during drainage and imbibition.
Fluorescence imaging techniques are used to investigate the concentration
distribution of the tracers at different saturation degrees. The so
obtained concentration maps are analyzed in terms of spatial moments
and of the dilution index, which describes local mixing processes.
UP 8.3Mo 16:30 Galerie 1
Experimenteller Ansatz zur Untersuchung von Mehrphasenfluss
in porösen Medien — •Hans Graf 1 , Olaf Ippisch 2 , Volker
Schulz 1 , Hans-Jörg Vogel 1 und Kurt Roth 1 — 1 Institut für Umweltphysik,
Heidelberg — 2 Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches
Rechnen, Heidelberg
Der Transport von Wasser und gelöstenStoffeninporösen Medien
wird durch eine Vielzahl an Randbedingungen beeinflusst. Ein Prozessverständnis
erfordert eine genaue Kenntnis der Materialeigenschaften.
Eine hierfür entwickelten Apparatur zur Messung der hydraulischen und
pneumatischen Eigenschaften auf der Laborskala wird vorgestellt. Die
Anlage erlaubt in einem einzelnen Experiment die simultane Messung
von Wasserbewegung, Luftleitfähigkeit und Transport gelöster Stoffe.
Durch solche Experimente soll vor allem der Einfluss der Gasphase auf
das Transportverhalten speziell im Bereich nahe Wassersättigung untersucht
werden.