Versuche: Geothermie

Versuchsaufbau

Man verschließt einen Glaskolben mit einem Gummistopfen mit zwei Öffnungen. In den einen führt man eine Pipette und in diese den Temperatursensor ein. Dabei ist darauf zu achten, dass die Pipette so eng ist, dass Pipette und Sensor die Öffnung vollkommen verschließen. In die andere Öffnung führt man ein Glasrohr ein. Dieses verbindet man über einen Gummischlauch mit einem Manometer, an das eine Luftpumpe angeschlossen ist.

Versuchsdurchführung

Man erhöht mit Hilfe der Luftpumpe den Druck und beobachtet auf dem Thermometer die Temperaturangabe. Dabei ist es ratsam, den Gummistopfen festzuhalten, damit dieser nicht heraus gestoßen wird.

Versuchsergebnis

Man liest eine deutliche Temperaturerhöhung ab. Im durchgeführten Versuch betrug die Temperatur zu Beginn 22,8° C und bei erhöhtem Druck 24,7° C. Sinkt der Druck wieder, so sinkt auch die Temperatur.

Mit diesem Versuch kann man verschiedene Dinge demonstrieren. Zum einen kann dieser Versuch benutzt werden, um zu zeigen, dass eine Druckverringerung zu einer Abkühlung führt. Damit kann also die Funktionsweise des Expansionsventils demonstriert werden. Zum anderen kann man ihn verwenden, um die Abhängigkeit zwischen Druck und Temperatur oder zwischen Druck und Siedetemperatur aufzuzeigen. Wie im Verdampfer der Wärmepumpe das Kältemittel, wird hier Wasser unter niedrigem Druck zum Sieden gebracht.

Versuchsaufbau

Unter die Glasglocke einer Vakuumpumpe stellt man eine Schale mit Wasser und den Wireless-Temperatursensor (in diesem Versuch wurde der Cobra4 Wireless-Sensor verwendet). Anstelle eines Wireless-Temperatursensors kann man auch ein normales Flüssigkeitsthermometer verwenden. Hieran besteht aber der Nachteil, dass es für die Klasse schwierig ist, die Temperatur abzulesen, da die Anzeige zu klein ist.

Versuchsdurchführung

Bei eingeschalteter Vakuumpumpe beobachtet man den Temperaturverlauf.

Versuchsergebnis

Schon nach kurzer Zeit beobachtet man einen starken Temperaturabfall. Gleichzeitig beobachtet man ein heftiges Sieden des Wassers. Das Sieden endet nach einem weiteren Absinken der Temperatur.

Als Alternative kann man bei einer Druckpatrone das Gas entweichen lassen und zeigen, dass es zu einer starken Abkühlung kommt.

Mit diesem Versuch kann demonstriert werden, dass bei der Kondensation Wärme frei wird, also die Funktionsweise des Kondensators verdeutlicht werden.

Versuchsaufbau

Der Versuchsaufbau ist in der Abbildung zu sehen. Man verschließt einen Glaskolben mit einem Gummistopfen mit einer Öffnung und führt in diese ein Glasrohr ein. Das Glasrohr soll dabei nicht bis ins Wasser reichen. Dieses verbindet man mit einem Gummischlauch, den man in ein Gefäß mit Wasser einführt. Es ist zu empfehlen, dass das Wasser im Glaskolben bereits eine Temperatur von ca. 40° C hat. In das Gefäß mit Wasser stellt man ein Thermometer.

Versuchsdurchführung

Mit dem Gasbrenner erhitzt man kontinuierlich das Wasser im Glaskolben bis dieses kocht und beobachtet die Temperatur.

Versuchsergebnis

Nach ca. drei Minuten stellt man eine deutliche Temperaturerhöhung fest, wie sie auch in Abbildung 3-67 zu sehen ist. Diese Temperaturerhöhung ist auf die Kondensationswärme und die Wärme, die das kondensierte Wasser beim Abkühlen von 100° C auf die Wassertemperatur abgibt, zurückzuführen. Der durch den Schlauch geleitete Wasserdampf kondensiert im kälteren Wasser und gibt Energie ab, die zu der gemessenen Temperaturerhöhung führt.