WH54 Fachwortlexikon
Lernwerkstatt Aachen GbR
Mathematik | Physik | Chemie


Bildbeschreibung und Urheberrecht

Spiritusausdehnungsversuch


Anleitung


Basiswissen


Eine Flasche mit dünnen langem Hals ist vollständig mit Spiritus gefüllt. Stellt man die Flasche in ein heißes Wasserbad, beginnt der Spiritus sich deutlich sichtbar auszudehnen.

Ziel


◦ Der thermische Raumausdehnungskoeffizient klein Gamma ...
◦ von Ethanol (reiner Spiritus) wird mit 0,0011 pro Grad Celsius angegeben.
◦ Das heißt: pro Kelvin kommt das 0,0014fache des Anfangsvolumens dazu.
◦ Eine Erwärmung um 10 Grad Celsius bringt das 0,014fache des Anfangsvolumens dazu.
◦ Bei etwa 220 Millilitern wären das etwa 3 Milliliter oder Kubikzentimeter.
◦ Es soll überprüft werden, ob diese Größenordnung in etwa passt.

Aufbau


◦ In einer Flasche befinden sich etwa 220 Milliliter Brennspiritus.
◦ Der Brennspiritus ist blau eingefärbt (wurde so gekauft).
◦ Die Flasche ist oben mit einem Korken verschlossen.
◦ Der Brennspiritus reicht bis an den Korken heran.
◦ In der Flasche ist also keine Luft eingeschlossen.
◦ Durch den Korken ist ein Kunststoffrohr gesteckt.
◦ Der Innendurchmesser des Rohres ist etwa 3,9 mm.

Durchführung


◦ Die Flasche mit dem blauen Spiritus wird in ein heißes Wasserbad gestellt.
◦ Die Wärme vom Wasserbad geht auf den Spiritus über.
◦ Nach einiger Zeit haben Wasser und Spiritus dieselbe Temperatur.
◦ Mit einem Thermometer wird dann die Wassertemperatur gemessen.
◦ Gleichzeitig wird gemessen, um wie viele Zentimeter ...
◦ der Spiritus in dem Kunststoffrohr angestiegen ist.
◦ Über den Innendurchmesser kann rückwirkend das ...
◦ zusätzliche Volumen infolge Erwärmung berechnet werden.

Berechnung


◦ Der Innenraum des Kunststoffrohres ist ein dünner Zylinder.
◦ Man rechnet also mit der Formel für das => Zylindervolumen
◦ V = Pi mal r² mal h
◦ V soll bestimmt werden
◦ Pi ist etwa 3,14
◦ r ist der Innenradius des Kunststoffrohres, hier etwa 1,8 mm.
◦ h ist der Spiritusanstieg im Röhrchens. Der Wert wird gemessen.

Versuchsdaten


◦ Durchgeführt am 11. Juni 2019 in Aachen
◦ Anfangsvolumen Spiritus: etwa 220 cm³ oder 220000 mm³
◦ Anfangstemperatur Spritus: 20 Grad Celsius
◦ Endtemperatur Wasser/Spiritus: 34 Grad Celsius
◦ Höhengewinn h im Kunststoffrohr: 220 Millimeter

Theoretisches h


◦ Näherungsformel: Delta V = Vo mal gamma mal delta T
◦ Mehr zur Formel unter => Thermische Raumausdehnung
◦ Theoretische Volumenzunahme: 220000 mm³ mal 0,0014 mal 14
◦ Theoretische Volumenzunahme: 4312 mm³
◦ h rückwärts über Zylindervolumen gibt:
◦ h ist etwa 333 mm³

Bewertung


◦ Der rechnerische Höhengewinn im Rohr liegt bei 333 mm.
◦ Tatsächlich gemessen wurden aber nur 220 mm.
◦ Die Ursache dieser starken Abweichung ist unklar.

Nachversuch


◦ Die Spiritusflasche wurde noch einmal gut 20 Minuten im Wasserbad gelassen.
◦ Die gemessene Temperatur lag dann bei 32 Grad Celsius.
◦ Der theoretische Höhenzuwachs müsste dann dann bei 285 mm liegen.
◦ Tatschlich gemessen wurden aber nur 170 mm.

Siehe auch


=> Volumenausdehnungskoeffizient
=> Werkstattversuche
=> Spiritus




Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
> https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 <
Music by Moscow-based composer Kai Engel
> https://www.kai-engel.com <
Title: Sunset






© Sabine & Gunter Heim, 2020