PDF, 2,54 MB - Fachhochschule Düsseldorf

Thermodynamik - ein nicht brennender Papierbecher
Material
Feuerzeug
Papierbecher
Wasser
Aufbau und Durchführung
Der Papierbecher wird mit Wasser gefüllt. Anschließend wird versucht, den befüllten
Becher von unten mit dem Feuerzeug zu entzünden. Solange man es auch versucht, der
Becher beginnt nicht zu brennen.
Erklärung
Ist der Becher mit Wasser gefüllt, so ist die Innenseite des Bechers mit Wasser bedeckt, es
entsteht eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen den Materialien, was den
Wärmeaustausch begünstigt. Im Vergleich zum luftgefüllten Becher kommen auf die
erhitzte Fläche sehr viel mehr Teilchen, die die Wärmeenergie abziehen können. Diese
Wassermoleküle steigen auf, kühleres Wasser strömt nach. Die Hülle wird von innen
gekühlt. Die Temperatur der Hülle stellt sich so ein, dass ein Gleichgewicht zwischen von
der Kerzenflamme zugeführter Energie pro Zeiteinheit und vom Wasser aufgenommener
Energie pro Zeiteinheit entsteht und diese reicht für eine Entzündung des Bechers nicht
aus. Wasser hat eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität. Mit der Flamme kann nicht
nur der Becher alleine erwärmt werden, sondern es muss auch das Wasser auf die
Entzündungstemperatur des Bechers erwärmt werden (Entzündungstemperatur von Papier
ca. 230 °C). Der Großteil der Energie wird also dazu verwendet, um das Wasser zu
erwärmen, weshalb der Becher länger über der Flamme sein kann, ohne zu brennen. Erst
wenn das Wasser vollständig verdampft ist, kann die Flamme den Becher entzünden.
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)
FH Düsseldorf 2011 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/fahrradphysik/
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