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Spiritusausdehnungsversuch


Grobe Überprüfung des thermischen Raumausdehnungskoeffizienten


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





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