Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Vakuum hausgemacht
Als ich einmal in einer Wohnung gewohnt habe, mit einem Balkon 14m über dem Boden, mit einem Garten unten und ohne Fenster auf der ganzen Strecke nach unten, das kann mir fast zwangläufig die Idee. Ich habe mir einen kleinen Glasrundkolben 200ml besorgt, einen durchbohrten Stopfen ein T-Stück und passenden Schlauch 3mm Innendurchmesser. Drei Aktenklemmen habe ich noch mitgenommen und eine große Wasserflasche mit 1,5l Inhalt.
Das Experiment lief so etwa wie erwartet ab. Es gelang mir, in dem Glaskolben ein Vakuum zu erzeugen und dies auch qualitativ nachzuweisen. Ein Effekt hat das Experiment zunächst gestört aber er ließ sich kompensieren. Es war recht warm an dem Abend so um die 23° und das Wasser hatte auch die Temperatur.
Fragen:
1. Wie lief das Experiment ab?
2. Welcher Effekt musste kompensiert werden?
3. Wie?
4. Welcher tiefste Druck konnte erreicht werden, wodurch bestimmt?
5. Welchen Einfluss hat der Luftdruck?
6. Welchen Einfluss hat die Temperatur?
7. Welchen Einfluss hat der Kapillareffekt?
Manfred
Ui, schöne Frage?
War der Innendruck -21,1 Pa?
Gruß, Sonic
Das Experiment gefällt mir auch. Es ist sicher nicht so kompliziert wie bei einigen anderen Fragen.
Der Atmosphärenruck ist so um die 1000HPa oder 1000mBar. Negativ ist der Druck eigentlich [ 8-[ ] nie, oder?
Manfred
Negativ? Naja man spricht doch auch von "Unterdruck" ;-)
Aber 1000HPa? Dann war da noch ein besonderer Trick dabei...
Spielt der Impulssatz eine Rolle?
Werden die Klammern in einer bestimmten Reihenfolge in einem bestimmten zeitlichen Abstand hintereinander eingesetzt?
Gruß, Sonic
Nein es ist wirklich nicht so kompliziert. Es geht jetzt glaube ich erst mal nur um Punkt 4, so furchtbar viel ist in der Anordnung auch dynamisch nicht zu machen.
Der Luftdruck in der Umgebung ist etwa ein Bar oder 1000 millibar.
Umgerechnet in die aktuellen Einheiten sind das in Newton pro Quadratmeter oder Pascal: 10^5 Pascal oder 1000 HPa.
Den Druck in einem Gefäß kann man bis auf fast 0 HPa absenken dabei kommen dann später die Hochvakuumtechniken ins Spiel um die es hier nicht geht.
Manfred
Ach ja die Klammern, man kann fast alles auch mit den Fingern festhalten. Die Klammern sind mehr eine Anregung teure Hähne für den Versuch zu sparen. Eigentlich braucht man nur 2, nur wenn eine runterfällt in den Garten und man muß erst wieder eine holen gehen... Ich erkläre später gerne warum ich vorsichtshalber 3 Klammern mitgenommen habe, (es hat mit dem unteren Schlauchende zu tun aber bei 3mm Durchmesser wird sie auch bei 23°nicht gebraucht).
wenn in dem Aufbau Wasser ist und nicht aktiv gepumpt wird kann der Druck minimal auf den Dampfdruck von Wasser bei 23°C fallen. Das wären - kurz gegoogled - 28mbar.
Aber wie sah der Versuch aus ? - hmm -
Am Ende hängt der Schauch nach unten, der Glaskolben ist oben (sonst kein Vac im Kolben). Der Schlauch ist unten entweder offen oder hängt in der offenen Wasserflasche (klassischer Barometeraufbau), aber mir ist nicht so klar wozu die Klemmen und das T-Stück da sind.
ciao .. bernd
Ich stelle mir den Aufbau so vor:
Der Schlauch hängt runter und ist am Ende mit einer Klammer abgeklemmt.
Oben wird Wasser hineingefüllt, bis der 3mm-Schlauch voll ist, wobei unten eventuell entlüftet wird!?
Danach wird der Kolben oben draufgesteckt und eventuell eine Wanne zum Auffangen des Wassers unter das Schlauchende gestellt.
Sobald man nun die Klammer löst, drückt das Wasser nach unten und fließt hinaus.
Dadurch entsteht in dem Kolben ein Unterdruck, da die Luft mit in den Schlauch gesaugt wird.
Wenn der Pegel des Wassers nicht mehr sinkt, dann verschließt man oben den Kolben und hat in ihm einen Unterdruck (nahe 0 Pa ?).
Dann muss man den Schlauch oben abklemmen, da sonst irgendwas passieren würde (Wasser einem entgegenspritzen würde!?).
Den Kolben zieht man ab und den Schlauch legt man in den Garten und entwässert ihn!?
Das Vakuum ist im Kolben und ich bin mir nicht so wirklich sicher, ob das so funktionieren würde! ;o)
Was haltet ihr davon?
wenn in dem Aufbau Wasser ist und nicht aktiv gepumpt wird kann der Druck minimal auf den Dampfdruck von Wasser bei 23°C fallen. Das wären - kurz gegoogled - 28mbar.
Das ist richtig, 28mBar bei 23°C.
Wenn das Wasser aktiv gepumpt wird, dann kann auch nur durch die Verdunstungskühlung ein niedrigerer Dampfdruck zustande kommen, (dann wären es nicht mehr 23°).
Eine Möglichkeit den Versuch durchzuführen ist, den Kolben mit Wasser zu füllen und einen mit Wasser gefüllten Schlauch anzuschließen um das Wasser auslaufen zu lassen, keine Flasche unten.
Beim Anschließen des mit Wasser gefüllten Schlauchs tut man sich mit dem T-Stück schon ein bisschen leichter, ein Ende Richtung Kolben, ein Ende Richtung Vorratsflasche (beim Ablaufen blockiert), ein Ende nach unten, aber was passiert dann?
Kein Vakuum, woran hängt's?
Manfred
Oben wird Wasser hineingefüllt, bis der 3mm-Schlauch voll ist, wobei unten eventuell entlüftet wird!?
Das ist ein wichtiger Punkt, Luft soll nicht im Schlauch sein. Es wird nicht unten entlüftet, grundsätzlich eher oben, aber in einem dünnen Schlauch steigen auch keine Luftblasen auf. Das heißt, man muß schon beim Einfüllen darauf achten dass keine Luftblasen dabei sind. Bei dem geringen Druck vergrößert sich der Luftraum auf das 36-fache.
Die Wanne zum auffangen des Wassers im Garten kann man sich im allgemeinen sparen, interessant ist es schon, wie wenig Wasser einen 10m langen Schlauch dieser Stärke füllen.
Das Experiment geht nur bis zu der Stelle, an der der geringe Druck im Kolben ist. Das Aufräumen später ist natürlich auch wichtig.
Manfred
Das ist ein wichtiger Punkt, Luft soll nicht im Schlauch sein. Es wird nicht unten entlüftet, grundsätzlich eher oben, aber in einem dünnen Schlauch steigen auch keine Luftblasen auf. Das heißt, man muß schon beim Einfüllen darauf achten dass keine Luftblasen dabei sind. Bei dem geringen Druck vergrößert sich der Luftraum auf das 36-fache.
Ups, logischer Fehler! ;o)
Ist ja logisch, die Luft würde ja aufsteigen, aber tut sie nicht, da der Schlauch zu dün ist!
Also der Kolben und der Schlauch sind vollständig mit Wasser gefüllt.
Mir fällt da gerade der Versuch von Blaise Pascal mit dem Weinfass ein, ich muss mal kurz im Physikbuch nachsehen! ;o)
(erster!)
http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/musteraufgaben/14_schweredruck/pascal/pascal.htm
Wie war das nochmal mit dem Umrechnen von mm^3 in cm^3 bzw. in l?
1000mm^3 sind doch 1cm^3, oder?
und 1cm^3 ist doch 1l, oder?
Die Umrechnung der Volumeneinheiten ist fast richtig.
1000mm^3 sind doch 1cm^3, oder?
und 1000cm^3 ist doch 1l, oder?
(10cm * 10cm * 10cm = 1l)
Das mit dem Wein oben ist ja ein trauriger Unfall, mit Lebensmittel spielt man eben nicht. Naja, wer weß schon was für einen Wein da wirklich genommen wurde.
Manfred
Nagut, auch gut! ;o)
Dann hab ich gleich die rechnerische Lösung, hoffe ich!
Jaja, der arme Wein! *ich mag keinen Wein*
Hast Du die ganze Wasserflasche gelert?
Ich komme nur auf ungefähr 1,1896l!
VSchlauch = pi x rSchlauch^2 x h
VSchlauch ~= 0,9896l
VKolben = 0,2l
Vgesamt = VSchlauch + VKolben
Vgesamt ~= 1,1896l
Nein alles Wasser habe ich nicht gebraucht, aber ich wußte vorher nicht welche Schwierigkeiten auftreten können.
Zum Volumen des Schlauchs:
Die Querschinttsfläche ist (1,5mm)² * Pi also 0,07cm².
Bei 10m, also 1000cm sind das 70cm³, also weniger als in dem Kolben. Sehr viel mehr als die 200cm³ im Kolben und die 70cm³ im Schlauch braucht man auch nicht.
Bei der Durchführung des Experiments muß man halt darauf achten, daß keine Luftblasen im System entstehen, denn die dehnen sich ja um den Faktor 1/0,028 (also auf das 36-fache) aus.
Manfred
Jetzt bin ich etwas abgehängt.
Der Fassversuch hat doch nichts mit Vakuum und Luftdruck zu tun !?
ciao .. bernd
Nein, aber mit Schweredruck! ;o)
Der Fassversuch trägt nicht direkt zur Lösung der Aufgabe bei.
Das Bild mit dem Balkon und dem Experiment hätte ich nicht annähernd so schön hinbekommen. In der Originalszene habe ich aber auf dem Bakon gesessen und die Haare hatte ich auch irgendwie anders.
Manfred
http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/musteraufgaben/14_schweredruck/pascal/886.jpg
und natürlich ohne Wein, zumal der Dampfdruck vom Alkohol alles verkompliziert hätte ;-)
Hab ich das bisher richtig verstanden: Durch die Gewichtskraft des Wassers im Schlauch erzeugst du das Vakuum im Glaskolben?
Für 28mBar bzw. 972mBar Unterdruck sollte dann im 3mm Schlauch eine Wassersäule von gut ~3m reichen. Warum dann 14m? Der 1. Stock würde doch schon ausreichen?
Wolfgang
Ich will jetzt mal Kluckschwatzen! ;o)
Ist nicht der absolute Wert des Luftdruckes 1013hPa, zumindest reden meine Lehrer immer davon in der Schule*lol*
Für 28mBar bzw. 972mBar Unterdruck sollte dann im 3mm Schlauch eine Wassersäule von gut ~3m reichen. Warum dann 14m? Der 1. Stock würde doch schon ausreichen?
Probiere es aus. Man kann die 1000HPa oder 1000mBar direkt auch in 10m Wassersäule angeben. (Unter den entsprechenden Normbedingungen).
Manfred
Ich will jetzt mal Kluckschwatzen! ;o)
Ist nicht der absolute Wert des Luftdruckes 1013hPa, zumindest reden meine Lehrer immer davon in der Schule*lol*
Das ist sicher ein Normwert (wenn die Lehrer es sagen).
Der tatsächliche aktuelle Luftdruck hängt unter anderem von Wetter ab und auch davon in welcher Höhe über dem Meeresspiegel oder sonst einem Bezugspunkt man gerade ist. (Wird der Physikunterricht in den 3.Stock verlegt, dann hat man natürlich auch wieder einen anderen Luftdruck.)
Bei dem beschriebenen Experiment wollte ich ja auch noch fragen: Was passiert wenn das Gefäß ausgepumpt ist und der Wassergefüllte unten offene Schlauch ist noch dran und der Luftdruck steigt um ein HPa (oder ein mBar)?
Ändert sich dann der Druck auch im Kolben?
Manfred
Nachtrag: Bezieht sich die Bemerkung auf die 10m Wassersäule von denen ich rede? Das ist nur als Anhaltspunkt gemeint, der Wert kann aktuell je nach Wetterlage auch 10,13 Meter betragen.
Fragen:
1. Wie lief das Experiment ab?
2. Welcher Effekt musste kompensiert werden?
3. Wie?
4. Welcher tiefste Druck konnte erreicht werden, wodurch bestimmt?
5. Welchen Einfluss hat der Luftdruck?
6. Welchen Einfluss hat die Temperatur?
7. Welchen Einfluss hat der Kapillareffekt?
Einiges haben wir ja schon: Frage 4, das ging gut. Daraus kann man schon auf die Antworten zu 5. 6. und 7. schließen.
Es scheint mir ein bisschen so, als wäre ich der einzige, der das Experiment gemacht hat (das geht mir komischerweise mit eingen Experimenten so und mir war ehrlich gesagt nicht ganz klar was ich hätte erklären sollen, wenn mich jemad gefragt häte was ich da mache), sonst wäre der Punkt 2 eher angesprochen worden. Selterswasser wäre wohl für das Experiment überhaupt nicht geeignet. Oder zumindest nicht ohne eine Beantwortung der Frage 3...
Manfred
Ich hatte irgendwo einen Rechenfehler. Mit Taschenrechner wurds besser.
Ansatz:
Ich brauch einen Differenzdruck von ~1000mBar (100000Pa).
In einem Schlauch mit 3mm Innendurchmesser entspricht das einer Kraft von 0,225N.
Für 0,225N brauche ich 0,0229Kg oder 0,0229l Wasser.
Das entspricht im 3mm Schlauch 10,2m.
Passt es diesmal?
Das entspricht im 3mm Schlauch 10,2m.
Passt es diesmal?
Ja, es passt, es sollte sogar vom Durchmesser des Schlauchs unabhängig sein.
Manfred
Es scheint mir ein bisschen so, als wäre ich der einzige, der das Experiment gemacht hat
Diese Vermutung halte gar nicht mal für besonders abwegig ;-)
(das geht mir komischerweise mit eingen Experimenten so und mir war ehrlich gesagt nicht ganz klar was ich hätte erklären sollen, wenn mich jemad gefragt häte was ich da mache),
Das könnte durchaus die Begründung sein ;-)
Ein anderes Kriterium könnte die aufwendige Versuchsanordnung sein. Wohnungen in der 3. Etage sind noch recht häufig, Häuser bei denen die darunterliegenden Etagen nicht mit Fenstern und Balkonen ausgestattet sind, eher selten.
Die Nachbarn unter unserem Balkon reagieren schon recht säuerlich, wenn man ihnen beim Blumen giessen den Kaffee verdünnt. Wenn das im Dienste der Wissenschaft geschieht wird sie das vermutlich auch nicht wesentlich besänftigen ;-)
Ja schade, nachdem ich weiß, dass es mit der einfachen Apparatur geht hätte ich es auch leicht auf einem Berg durchführen können. Wen der Abfluß dabei nicht ganz senkrecht geht, dann muß eben der Schlauch etwas länger sein.
Die Nachbarn unter unserem Balkon reagieren schon recht säuerlich, wenn man ihnen beim Blumen giessen den Kaffee verdünnt.
Falls es wirklich so dumm kommt und der Abflußschlauch in einer Kaffetasse landet, dann ist eine wirklich überzeugende Erklärung eher schwierig.
Manfred
Klaus_0168
26.02.2005, 23:00
Hi Manf,
hier ist noch ein reiner Theoretiker.
Ich nehme mal an, das Du im ersten Versuch Wasser aus dem Hahn genommen hast. Da dieses Wasser mit Mineralien und div. weiteren Stoffen durchsetzt ist, werden auch CO2 und andere Gase dabei sein, die bei einem Unterdruck weit über dem absoluten Nullpunkt ausgasen.
Damit hast Du wieder Gase im Schlauch, die den Versuch stören. Die Verwendung von destilliertem Wasser sollte diesen Effekt verhindern.
Kommt das hin ??
Gruße Klaus
Mir ist immer noch nicht ganz klar wozu T-Stück aund Klammer aber mal sehen ..
Fragen:
1. Wie lief das Experiment ab?
2. Welcher Effekt musste kompensiert werden?
3. Wie?
4. Welcher tiefste Druck konnte erreicht werden, wodurch bestimmt?
5. Welchen Einfluss hat der Luftdruck?
6. Welchen Einfluss hat die Temperatur?
7. Welchen Einfluss hat der Kapillareffekt?
Einiges haben wir ja schon: Frage 4, das ging gut. Daraus kann man schon auf die Antworten zu 5. 6. und 7. schließen.
4. 28mbar Dampfdruck Wasser @23°C
5. keinen auf den Druck im Kolben, aber die Wassersäule steht höher wenn Luftdruck höher
6. je höher T desdo höher der Dampfdruck, in etwa exponentiell zunehmend. Die Wassersäule sollte durch den etwas höheren Gegendruck im Kolben sinken, und gleichzeitig durch die geringere Dichte des Wassers steigen. Was tatsächlich passiert ist 'ne Rechenaufgabe.
7. Tjaa, ein Teil der Gewichtskraft wird durch den Kapilareffekt kompensiert, also sollte die Säule höher stehen als aus den anderen Effekten berechnet. Ich denke das gilt aber nur solange der Schlauch unten in einer Schale mit Wasser hängt oder noch ein Tropfen am Schlauch hängt. Wenn unten auch ein Meniskus im Schlauch ist habe ich ja auch eine gleichgroße Kapilarkraft nach unten.
Selterswasser wäre wohl für das Experiment überhaupt nicht geeignet. Oder zumindest nicht ohne eine Beantwortung der Frage 3...
hmmm, geht es um die im Wasser gelöste Luft? Die würde natürlich bei Unterdruck ausperlen und kein Vakuum zulassen. (die Natur mag kein Vakuum, horror vacui) Gegenmaßnahme ist das Wasser vorher abzukochen.
Aber jetzt erklär mir mal einer wozu das T-Stück da ist ...
ciao .. bernd
Damit hast Du wieder Gase im Schlauch, die den Versuch stören. Die Verwendung von destilliertem Wasser sollte diesen Effekt verhindern.
Kommt das hin ??
da war ich knapp zu spät ;-)
Klaus_0168
27.02.2005, 00:14
Hi bhm,
sagen wir doch einfach Unenschieden - oder?
Klaus
Ja toll, ist ja alles bekannt. Ein paar Erläuterungen wollte ich noch geben und es bleibt Frage Nr.3.
Besonders freut mich die perfekte Antwort auf die Fragen 4-7. dem kann ich nichts hinzufügen. Zu Frage 6 könnte man auch sagen Dampfdruck nach Tabelle, bei dieser hier könnte man interpolieren. http://www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_dampfdruck.html
Frage 2 ist auch richtig beantwortet. Zunächst einmal sind im Wasser gelöste Gase praktisch immer vorhanden, sonst würden uns die Fische etwas husten, oder eigentlich dann gerade nicht. Ich glaube die Gase sind genauso in destilliertem Wasser. Durch Abkochen kann man sie entfernen die Gase und auch durch Unterdruck, im Experiment selbst ist es etwas zu spät, es sein denn man kombiniert das irgendwie geschickt.
Bei der Durchführung des Experimentes wusste ich es auch noch nicht, wie viel Gas im Wasser sein kann, von der Temperatur hängt es auch noch ab. Es gibt zum Glück Angaben auch dafür (in cm³ pro Liter). So sind es für Sauerstoff bei 23° Wassertemperatur 28cm³ pro 1000cm³ Wasser. Die Zahl ist recht anschaulich. Das ist ein Volumenanteil von 0,028. Die Zahl kam schon mal vor, beim Dampfdruck des Wassers bei 23°, der war 0,028 Bar.
Dann brauche ich mir für den Fall nur eine Zahl zu merken. Wenn der maximale Sauerstoffgehalt bei 23° auf Dampfdruck des Wassers bei 23° ausgedehnt wird dann hat er auch gerade ein Volumen von 1000cm³.
http://www.espere.net/Germany/water/dewatexpsolde.html
http://www.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/experimente/NT_wasser_luft1_l.htm
http://www.quarks.de/alltag1/06.htm
Aus einem Liter Wasser kann man bei dem Experiment bis zu einen Liter Sauerstoff herausholen (expandiert, wenn soviel gelöst war) und noch mal halb so viel Stickstoff, von CO2 reden wir gar nicht, das kann deutlich mehr sein.
Wenn man das Wasser aus der Vorratsflasche über ein Drosselventil (Schlauchknick mit Aktenklammer) durch den Schlauch abfließen lässt, dann sieht man, wie sich hinter dem Drosselventil Blasen bilden. Die Blasen nehmen, noch bevor der Druck so gering ist, dass das Wasser verdampft, etwa den gleichen Raum ein wie das Wasser (offensichtlich hatte das Leitungswasser in der Vorratsflache soviel Gas).
Jetzt könnte man noch etwas zu Frage 3 sagen.
Manfred
Meine Güte, so aufwändig hätte ich mir die Erklärung des Experiments nicht vorgestellt! ;o)
Ich habe übrigens noch eine andere Überlieferung der Darstellung des Experiments von Blaise Pascal mit dem Weinfass gefunden und es scheint so, als hätte man in der offiziellen Darstellung etwas entfernt. O:)
Manfred
Ich sag nur:
"Musst Du eigentlich immer überall Deine Nase reinstecken?" -> Der kleine Kopf oben rechts! ;o)
Falls noch offen ist, wie man das Wasser gleich mit dem System entgast oder was man mit dem T-Stück machen kann: hier noch der Ablauf.
Der Vorgang ist elemetar dargestellt und kann natürlich auch in Teilen iterativ durchgeführt werden.
Wichtig ist mir noch der Nachweis, dass der Raum des Kolbens wirklich mit Wasserdampf und nicht mit Gas gefüllt ist. Der gelingt am einfachsten, wenn man entgastes Wasser wieder einströmen läßt und bestätigt, dass keine Luftblase zurückbleibt. Das ist in der elementaren Apparatur nicht enthalten. Hierzu kann man in einer zweiten Vorratsflasche am unteren Ende das Schlauchs entgastes Wasser auffangen und zum Experient verwenden. (An einer Schnur zum hochziehen).
Als Letztes noch die Funktion der drei Aktenklemmen. Zwei sind zum Schließen vor und hinter dem T-Stück und die dritte sollte dazu dienen, das untere Schlauchende zu einem U zu formen damit keine Luftblasen von Schlauchende her aufsteigen. Das ist aber bei 3mm Durchmeser nicht zu befürchten.
Manfred
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=430
Damit ist alles aufgeklärt, so ganz kompliziert war es ja nicht, nur wenn man es auch noch zahlenmäßig ausrechnen will.
Ich melde mir hier nur noch mal kurz um davor zu warnen das Experiment mit einer großen alten Flasche unbekannter Qualität zu machen, einer Weinflasche etwa. Ich hatte die Flasche bewußt klein und stabil gewählt, sodaß bei einer Zerstörung nicht viel Energie frei wird.
Eine gute Idee wäre auch, die Flasche locker in zwei Lagen klares Kuststoff (Tüten) zu packen und beim Versuch Handschuhe zu tragen. Solange nichts passiert ist es nicht nötig, aber sonst ist man ja immer erst hinterher schlauer.
Manfred
Es ist doch immer wieder schön das man hier sehr nützliche dinge finedet!
Das was ihr hir so schön besprochen habt haben wir in etwas geänderter Form in der Ausbildung gehabt. Dabei habe ich mich mit meinem Meister in die Hare gekrigt weil ich der meinung war das ein Rohr welches obern und unten geschlossen ist und mit Wasser gefüllt ist oben einen geringeren druck hat wie unten was er mir aber nicht glauben wolte. Na ja ich glaube ich werde das genze hier mal ausdrucken und ihm mit brinngen ( so in zwei jaren wenn ich mit der ausbildung fertig bin ;-))
Mfg David
Der Meister hat sicher einen Hyraulikzylinder gemeint, der mit 10 Bar und mehr betrieben wird und der unter einen Meter lang ist. Dann ist der Druckunterschied zwischen oben und unten weniger als ein Prozent des Arbeitsdrucks. Dann hat er wohl gesagt, das ist kein Unterschied, stimmt auch ungefähr. Warte nicht 2 Jahre, zeige Interesse, vieles ist eine Sache des Standpunktes und wie gesagt "der Ausblick ist gut".
Manfred
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