PDF, 2,54 MB - Fachhochschule Düsseldorf

Thermodynamik - das Münzventil
Material
Glasflasche
Münze, die die Öffnung der Flasche vollständig abdeckt
Kaltes Wasser
Aufbau und Durchführung
Die Flasche wird mit dem kalten Wasser ordentlich gekühlt. Anschließend wird die Öffnung
der leeren Flasche befeuchtet und mit der Münze verschlossen. Nun umfasst man mit
beiden Händen die Flasche und wartet, bis die Körperwärme den Inhalt der Flasche
erwärmt hat. Die Luft in der Flasche benötigt ein größeres Volumen und hebt die Münze
von Zeit zu Zeit kurz an.
Erklärung
Die Flasche ist ein Gefäß mit konstantem Volumen. Beim Erwärmen mit den Händen
beginnt sich die Luft in der Flasche zu erwärmen. Nach der idealen Gasgleichung erhöht
sich neben der Temperatur auch der Druck innerhalb der Flasche
p ~ T (Druck p ist proportional der Temperatur T) *)
Dieser Druck richtet sich als Kraft gegen die Gefäßwand, also gegen die Flasche und die
Münze. Ist der Druck groß genug um das Gewicht der nach unten drückenden Münze
auszugleichen, kann die Luft die Münze anheben. Dabei entweicht ein Teil der erwärmten
Luft, was einen Rückgang des Drucks in der Flasche bewirkt. Die Münze bleibt also wieder
auf der Flasche liegen, bis der Druck durch die Wärmezufuhr wieder groß genug ist, um sie
erneut zu heben.
Robert Schantl, Physikalische Freihandexperimente zur Thermodynamik, Diplomarbeit an der
Naturwissenschaftlichen Fakultät, Karl-Franzens-Universität Graz, Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gernot
Pottlacher, Institut für Experimentalphysik, Karl-Franzens-Universität Graz, 2007.
http://portal.tugraz.at/pls/portal/docs/page/Files/i5110/files/Forschung/Thermophysik/DA-RobertSchantl.pdf
(modifiziert Kameier 2011)
Ideale Gasgleichung
p
*) � RT
(� = Rho = Dichte [Kg/m
�
3 ] R = spezielle Gaskonstante für Lüft =287 [J/(kg K]
T = Temperatur in Kelvin [K])
FH Düsseldorf 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik/
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