Trichter-Fließ-Experiment
Pilotversuch (Physik)
Kurzanleitung
Ein Trichter wird mit Wasser gefüllt. Dann wird die Zeit gemessen, die der Trichter bis zur völligen Entleerung benötigt. Der Versuch wird mit einer gleich großen Menge Spiritus wiederholt. Der Spiritus sollte etwas schneller aus dem Trichter entweichen als das Wasser.
Material
- Ein haushaltsüblicher Trichter ↗
- Irgendeine Stoppuhr ↗
- Ein Messzylinder ↗
- Normales Leitungswasser ↗
- Normaler Brennspiritus ↗
- Normaler Filzstift (externer Link)
Sicherheitstipp
Spiritus ist eine leicht entzündliche und hintertückisch brennende Flüssigkeit. Stelle sicher, dass nirgends im Raum eine Flamme ist. Entferne Streichhölzer oder Feuerzeuge von der Nähe des Versuches. Stelle sicher, dass du weißt, wo ein Feuerlöscher oder eine Löschdecke griffbereit sind. Stelle sicher, dass du bei Gefahr leicht zu einem Telefon greifen kannst. Die Notrufnummer für Feuerunfälle ist: 112
Den Trichter vorbereiten
Man nehme einen Labor- oder Haushaltstrichter. Man klebt den Abfluss unten mit einem starken Klebeband (z. B. Panzertape) dicht zu. Dann piekst man ein einem spitzen Gegenstand (z. B. Zirkel) ein kleines Loch in das Band unten am Ausfluss. Der Sinn des kleinen Loches ist, dass die Flüssigkeit gleich so langsam aus dem Trichter abfließt, dass man gut die Zeit (einige Minuten) messen kann. Dann markiert man mit einem Filzstift eine Stelle etwa 3 bis 5 cm Oberhalb des unteren Endes des Trichters. Der Grund dafür ist, dass die allerletzten Zentimeter Flüssigkeit nur extrem langsam aus dem Trichter entweichen.
Erster Versuchsdurchlauf: Wasser
Mit dem Messzylinder misst man möglichst genau 100 Milliliter Wasser ab. Man hält mit einem Finger das Loch im Klebeband am Trichter zu und füllt die 100 ml dann in den Trichter. Man hält jetztden Trichter mit dem Abfluss nach unten über das Auffanggefäß (z. B. ein großer Messbecher). Dann öffnet man das nach unten zeigende Loch und startet gleichzeitig die Stoppuhr. Man misst die Zeit, die die 100 ml Wasser benötigen, um bis zur Markierung mit dem Filzstift auszulaufen. Wenn das Abflussloch klein ist, entweicht das Wasser nur tröpfchenweise. Die Entleerung kann dann durchaus einige Minuten dauern. Notiere die entsprechende Zeit in Minuten und Sekunden.
Zweiter Versuchsdurchlauf: Spiritus
Führe den Versuch nun mit Spiritus durch. Gehe dabei genauso vor wie bei dem Versuch mit Wasser. Der Spiritus sollte deutlich weniger Zeit benötigen, um vollständig abzulaufen. Der Grund dafür ist möglicherweise, dass Spiritus sehr viel weniger zähflüssig ist als Wasser. Das Fachwort aus der Chemie dafür ist Viskosität ↗
Beispielhaftes Ergebnis
In einem Pilotversuch in einer Lernwerkstatt in Aachen entleerten sich 100 Milliliter Wasser in 7 Minuten und 20 Sekunden. Die 100 Milliliter Spiritus benötigten dafür nur 6 Minuten und 54 Sekunden. Der Unterschied ist nicht besonders groß.
Der Einfluss der Temperatur
In der Literatur wird die Viskosität von Spiritus (chemisch Ethanol) mit 1,19 angegeben. Die Viskosität von Wasser hängt stark von der Temperatur ab. Die Raumtemperatur bei dem Pilotversuch lag bei etwa 16 °C. Für 10 °C wird die Viskotität von Wasser mit 1,23 und für 20 °C mit 1,00 Millpascal mal Sekunde angegeben. Siehe mehr dazu unter Viskositäten ↗
Der Einfluss der Oberflächenspannung
Wann sich ein Tropfen vom Ausflussloch löst hängt möglicherweise auch von der Oberflächenspannung und Adhäsionskräften ab. Die Werte dürften für Wasser und Spiritus unterschiedlich sein, würden aber hier nicht berücksichtigt. Siehe auch Adhäsion ↗