177 - Warme Luft steigt auf 

177 – Warme Luft steigt auf 

Wärmere Luft wiegt weniger als kältere 

Prinzip eines Heißluftballons 

 

Einführung in:

  • Ausdehnung von Gasen bei Erwärmen 
  • Zustandsgleichung idealer Gase 
  • Auftrieb in Gasen 

Material:

  • Gefäß als Abdruckform (ca. ½ l, z.B. Plastikflasche, Trinkglas) 
  • Alufolie, ca. ½ m 
  • Gummiring 
  • Klebeband 
  • Lineal (ca. 30 cm lang) 
  • Stift (zylindrisch, ohne Kanten) 
  • Auflage-Klötze (Holz-Klötze (quaderförmig, hartes, glattes Material) oder Münzen, Höhe ca. 2,5 cm) 
  • Gewichte / Massestücke zum Austarieren der Waage (z.B. Schraubenmuttern, mehrere Münzen) 
  • Kerze  
  • Feuerzeug / Streichholz 

Aufbau:

Alu-Zylinder: 

  • Stülpe die Alufolie über das Gefäß und fertige damit einen unten offenen Hohlzylinder mit einem Volumen von etwa einem halben Liter 
  • Befestige daran den Gummiring mit einem Klebeband 

Lineal-Waage: 

  • Befestige den Stift mit dem Klebeband auf dem Lineal, bei etwa einem Drittel der Länge 
  • Lege die Lineal-Waage auf die Auflage-Klötze am Rand einer Tischkante, und hänge den Gummiring mit dem Alu-Zylinder über das längere Ende des Lineals. Der Alu-Zylinder soll neben der Tischkante frei schwingen können. 
  • Tariere die Lineal-Waage mittels der Gewichte aus so dass der Alu-Zylinder nur ein minimal leichtes Übergewicht besitzt. 

Durchführung:

  • Halte die Kerzenflamme unter die Öffnung des Alu-Zylinders. 

Beobachtung:

  • Die Waage schlägt aus, d.h. der Alu-Zylinder bewegt sich nach oben. 
  • Wenn man die Flamme wieder weg nimmt geht der Ausschlag zurück. 

Tipp:

  • Hänge zur Kontrolle den Alu-Zylinder mit der Öffnung nach oben an die Lineal-Waage, diesmal schlägt die Waage nicht aus. 

Erklärung:

  • Die warme Luft im Zylinder besitzt eine kleinere Dichte als die umgebende Luft, der Zylinder erfährt also einen Auftrieb. 
  • Die warme Luft im Zylinder enthält weniger Teilchen als die kältere Luft, die zuerst darin war. Sie wiegt also weniger. 
  • In der Zustandsgleichung idealer Gase  pV = NkT  , die näherungsweise auch für Luft gilt, sind der Druck p und das Volumen V konstant. Also ist die absolute Temperatur T indirekt proportional zur Teilchenzahl N .