Chemie und Physik Adventskalender Tag 1
Tür 1 - Die schwebende Flamme
Material:
- zwei Feuerzeuge
- eine Zange
- ein Stück feinmaschiges Drahtnetz (Fläche: ca. 10 x 10 cm)
- eine helfende Hand
Durchführung:
- Wir nehmen das Drahtnetz zur Hand und spannen es mittig in die Zange ein.
- Ein Feuerzeug wird einige Zentimeter unterhalb des Gitters gehalten und die Gastaste gedrückt.
- Mit dem zweiten Feuerzeug wird dann eine Flamme direkt oberhalb des Netzes und des ersten Feuerzeugs entzündet. Man kann nun das untere Feuerzeug etwas hin und her bewegen und sogar vorsichtig den Abstand zum Drahtnetz vergrößern.
- Die Gastaste wird wieder losgelassen.
- Die Flamme eines Feuerzeugs wird nun sofort entzündet und dem Netz von unten angenähert.
Erklärung:
Durch Drücken der Gastaste entweicht das brennbare Gas (z.B. Butan) des Feuerzeugs. Dieses kann durch die Maschen des Drahtnetzes hindurchdringen, die Flamme oberhalb davon hingegen nicht. Verantwortlich dafür ist die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls, aus dem das Drahtnetz gefertigt ist.
Während Luft lediglich einen Wärmeleitkoeffizienten von λ=0,03 W/(m∙K) besitzt, weist Edelstahl bereits einen Wärmeleitkoeffizienten von λ=15 W/(m∙K) auf.
Da also das Drahtnetz die Wärme der Flamme so rasch ableitet, bleibt die Temperatur des Feuerzeug-Gases unterhalb des Netztes stets niedriger als dessen Zündtemperatur (bei Butan zum Beispiel T_Z=460 °C).
Bei der Zündtemperatur handelt es sich um die Temperatur, bei der sich eine brennbare Substanz in Gegenwart von Sauerstoff ausschließlich aufgrund seiner Temperatur selbst entzündet.
Dasselbe Prinzip steckt hinter der zweiten Variante des Versuchs (Punkt 5).
Tipps:
Materialien:
- Bezüglich der Feuerzeuge wäre es optimal, wenn ein Stabfeuerzeug und eines, bei dem durch Drücken der Gastaste nur Gas ausströmt und nicht sofort eine Flamme entsteht, verwendet wird.
Durchführung:
- Wenn bei Schritt 3 das untere Feuerzeug zu niedrig gehalten wird, kann trotz dem zweiten Feuerzeug keine Flamme oberhalb des Drahtnetzes entstehen bzw. länger bestehen.
- Wenn bei Schritt 5 das untere Feuerzeug zu weit oben (d.h. fast das Netz berührend) gehalten wird, erlischt die Flamme ebenfalls.
- Nach der Versuchsdurchführung kann das Drahtnetz noch sehr heiß sein.
Aus: Strahl, A., Asenbaum, A., Auer, V. & Fritz, M.-C. (Hg.) (2020) Freihandkoffer Physik 2020 Home Version. Delta Phi C
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