PDF, 2,54 MB - Fachhochschule Düsseldorf

Thermodynamik - Luft im Glaskolben
Material
Rundkolben mit längerem Glasrohr
Behälter mit Wasser
Kerze
Aufbau und Durchführung (Teil 1)
Der Kolben wird so gehalten, dass das Glasrohr
vollständig ins Wasser taucht. Nun erhitzt man
den Kolben mit der Kerze. Bald beginnen am
unteren Ende des Glasrohres kleine
Luftblässchen aufzusteigen.
Aufbau und Durchführung (Teil 2)
Jetzt entfernt man die Flamme, lässt aber die
Öffnung des Glasrohres weiterhin die ganze Zeit
unter Wasser. Die Luft im Kolben soll jetzt
abkühlen. Unterstützt kann dieser Vorgang
werden, indem man den Kolben nicht mit der
ganzen Hand umfasst und ihn eventuell mit kalten Gegenständen in Berührung bringt. In
der Zeit des Abkühlens muss man darauf acht geben, dass aus dem Kolben keine Luft
austreten kann. Mit der Zeit beginnt das Wasser im Glasrohr langsam zu steigen. Dieser
Effekt ist umso deutlicher zu erkennen, je kleiner der Durchmesser des Rohres ist.
Erklärung
Nach dem universellen Gasgesetz hängen die Größen Druck, Volumen und Temperatur
eines Gases eng zusammen und erfüllen die Proportion p·V~T. Erhöht man also die
Temperatur durch Wärmezufuhr, so erhöht sich auch der Druck und/oder das Volumen. In
diesem Experiment dehnt sich das Gas zuerst aus, bis es an die untere Grenze des
Glasrohres kommt und steigt dann in Form von kleinen Bläschen durch das Wasser auf. Im
zweiten Teil wird das warme Gas im Kolben abgekühlt und mit der fallenden Temperatur
fällt auch der Druck im Kolben. Das Gas drückt also weniger stark auf die Wasseroberfläche
am unteren Rand des Glasrohres. Der Druck der Atmosphäre auf das Wasser
bleibt natürlich unverändert und der resultierende Druck drückt das Wasser in das Rohr.
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
FH Düsseldorf 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik/
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