Archiv der Kategorie: Technik

Wie funktioniert ein 3D-Drucker?

Du hast bestimmt schon einmal von 3D-Druck gehört und das man damit mittlerweile fast alles herstellen kann. Aber weißt du auch, wie so ein 3D-Drucker funktioniert?

Das prinzipielle Verfahren ist, dass ein dreidimensionales Modell Schicht für Schicht aufgebaut wird. Benötigt werden dafür Materialien, die unter bestimmten Bedingungen ihre Eigenschaften ändern und beispielsweise schmelzen oder eben auch wieder aushärten. Weit verbreitet sind drei verschiedene Verfahren des 3D-Drucks. Die Stereolithographie, das Laser-Sintern und das Fused Deposition Modeling. In allen Fällen werden die Modelle bereits als 3D-Datei an den Drucker übermittelt. Bei der Stereolithographie kommt ein flüssiges Epoxidharz als Basismaterial zum Einsatz. Eine Hebebühne, die in einem Becken aus Epoxidharz angebracht ist fährt schrittweise von oben nach unten. In jedem Schritt wird mit einem Laser eine Schicht des Modells abgefahren. Überall, wo der Laser entlangfährt, härtet das Harz aus und am Ende entsteht eine dreidimensionale Struktur. Beim Laser-Sintern hingegen dient ein Kunststoffpulver als Ausgangsmaterial. Dieses Pulver kann mit Hilfe eines Lasers punktuell aufgeschmolzen werden und verhärtet anschließend sehr schnell wieder. Das Pulver wird hier mit Hilfe einer Rolle schichtweise aufgetragen und in jede Pulverschicht die entsprechende Struktur des Modells rein „gebrannt“. Überschüssiges Pulver kann am Ende abgebürstet werden. Das letzte Verfahren, das Fused Deposition Modeling, arbeitet etwas anders. Hier gibt es im Drucker ähnlich wie bei 2D-Druckern eine Düse, die einen vorher verflüssigten Kunststoff Schicht für Schicht auf das Modell aufträgt. Sobald der flüssige Kunststoff die Düse verlassen hat, härtet er aus und bildet somit das 3D-Objekt.

Grundsätzlich gibt es 3D-Drucker in allen Varianten und Größen von haushaltstauglichen Spielzeugen bis hin zu industriellen Großanlagen. Die sehr präzise Technik der 3D-Drucker wird immer weiter entwickelt, so dass mittlerweile erstaunliches damit „gedruckt“ werden kann.

 

Quellen:

https://www.printer-care.de/de/drucker-ratgeber/wie-funktioniert-ein-3d-drucker

https://www.tintenmarkt.de/Blog/Der-3D-Druck-was-ist-das-und-wie-funktioniert-er-1538

https://praxistipps.chip.de/wie-funktioniert-ein-3d-drucker-verstaendlich-erklaert_45124

Darf Metall in die Mikrowelle?

Ein auch im Internet sehr heiß diskutiertes Thema: Darf Metall in die Mikrowelle? Kann  ich den Löffel in der Milchtasse lassen, wenn ich diese in der Mikrowelle erwärme? Hierüber ranken sich viele Mythen und Theorien. Diese reichen von „man soll sogar einen Löffel ins Getränk legen“ bis hin zu „auf keinen Fall, da kann die Mikrowelle explodieren“.

Wie in den meisten Fällen, haben alle Aussagen irgendwo ihren begründeten Ursprung und es kursieren etliche Videos im Internet von Leuten, die selber mit Metall in der Mikrowelle experimentiert haben. Grundsätzlich sollte man an dieser Stelle sagen, dass es in manchen Fällen nicht zu empfehlen ist und es eigentlich keinen Grund gibt, Metall „sinnlos“ in der Mikrowelle zu platzieren. Allerdings wirklich gefährlich ist es in der Regel nicht. Entscheidend ist tatsächlich die Form des Metalls. Grundsätzlich werden nämlich durch die Mikrowellen in Metallen elektrische Ströme erzeugt. (Funktionsweise einer Mikrowelle) Die Mikrowellen regen die im Metall frei beweglichen Elektronen zur Bewegung an und bewegte Elektronen sind Strom. Stromfluss in Metallen führt erst einmal dazu, dass sich das Metall erhitzt. Nun ist es aber so, dass dieser Stromfluss sich vor allem auf die Kanten oder Spitzen des Metalls konzentriert. Durch die dabei entstehenden hohen Spannungen, kann es tatsächlich zu Funkenflügen kommen. Vor allem wenn sich zwei solcher Kanten sehr nahe kommen. Klassisches Beispiel hierfür ist eine Gabel. Die Zinken bieten optimale Eckpunkte für den Stromfluss und liegen direkt nebeneinander, weshalb es bei Gabeln in der Mikrowelle schnell zu Funkenflug kommt. Kritisch sind auch sehr dünne Metallbeschichtungen auf Geschirr, wie beispielsweise ein Goldrand auf einem Teller. Diese dünnen Schichten können so heiß werden, dass sie anfangen zu schmelzen. Ein Löffel hingegen verteilt die Ladungen, die durch die Mikrowellen entstehen recht gut. Allerdings sollte dieser auch nicht zu nah am Gehäuse der Mikrowelle entlanglaufen. Dieses ist nämlich auch aus Metall und bei sehr kurzem Abstand kann es auch hier zu Funkenflug kommen.

Wissenschaftler des Frauenhofer Instituts haben außerdem getestet, wie sich gefüllte Aluminiumschalen in der Mikrowelle verhalten. Fertiggerichte sind oft in solchen Schalen verpackt und werden gerne einfach so in die Mikrowelle gestellt. Dies ist nach der Aussage der Wissenschaftler auch ohne Bedenken möglich. Entscheidend hierbei ist, dass die Behälter befüllt sein müssen, damit das Metall nicht mit sich selber interagieren kann.

Auch wenn Funkenschlag in der Mikrowelle sicher nicht zu längeren Lebenserwartung des Geräts beiträgt, so ist auch nicht jeder Funke in der Mikrowelle gleich eine potentielle Explosionsquelle. Sollten beim Betrieb der Mikrowelle doch einmal Funken im Inneren zu sehen sein, kann das Gerät ganz einfach abgeschaltet werden und die Funkenquelle entfernt werden. Wer seine wertvollen Goldrandteller, die er von seiner Urgroßmutter geerbt hat, in die Mikrowelle stellt, wird sich allerdings schnell ärgern. Ein geschmolzener Goldrand ist wohl kaum noch zu retten.

 

Quellen:

https://www.haz.de/Nachrichten/Wissen/Uebersicht/Darf-Metall-in-die-Mikrowelle

https://www.ekitchen.de/kuechengeraete/mikrowelle/ratgeber/loeffel-in-der-mikrowelle-557491.html

Das Ausharren des Sekundenzeigers einer Bahnhofsuhr

Wer kennt es nicht? Man steht auf dem Bahnsteig und wartet auf einen Zug, der womöglich auch noch zu spät ist. Dabei fällt häufig der Blick auf die dort angebrachte Bahnhofsuhr. Wenn man diese länger betrachtet, fällt auf, dass der Sekundenzeiger relativ lange inne hält, sobald er die Zwölf erreicht hat. Erst wenn der Minutenzeiger eine Position weiter gesprungen ist, bewegt sich der Sekundenzeiger weiter. Aber warum ist das so und was hat das für einen Sinn?

Die einfache Antwort darauf ist, dass Bahnhofsuhren zu jeder vollen Minute synchronisiert werden. Sie bekommen jede Minute ein Signal von einer zentralen Uhr, dass diese Minute abgeschlossen ist und erst dann bewegt sich auch der Sekundenzeiger weiter. Damit der Sekundenzeiger bei einer leichten Abweichung nicht schon über die Zwölf hinausgeschossen sein kann bis dieses Signal kommt, läuft dieser etwas schneller und vollendet seine Runde schon nach etwa 58 Sekunden. Aus diesem Grund harrt er für etwa zwei Sekunden aus, bevor er die nächste Minute anbricht und weiter läuft.

Zentral gesteuert wird diese Zeit, so wie die einer jeden Funkuhr, von der Atomuhr der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig. Meist besitzt ein Bahnhof eine Zentraluhr, die dieses Signal aus Braunschweig empfängt und ihr Signal dann wiederum an alle weiteren Uhren dieses Bahnhofs weiter gibt.

Der ausharrende Sekundenzeiger an Bahnhofsuhren hat also nichts damit zu tun, dass bei der Bahn grundsätzlich ganz gerne gewartet wird 😉

 

Quellen:

https://www.zeit.de/1992/46/das-kleine-geheimnis-der-bahnhofsuhr

https://www.tagesspiegel.de/wissen/alltagswissen-warum-wartet-der-sekundenzeiger-der-bahnhofsuhr/1232696.html

Warum ändert eine Krankenwagen Sirene beim Vorbeifahren ihren Ton?

Ein Krankenwagen kommt mit Sirene angefahren, alle fahren aus dem Weg und im Moment des Vorbeifahrens passiert etwas merkwürdiges. Der Sirenenton scheint sich zu verändern. Aber warum hört sich ein heranfahrender Krankenwagen mit Sirene anders an, als ein Wegfahrender?

In der Physik wird dieses Phänomen als Doppler-Effekt bezeichnet. Die Tonänderung beruht auf der Tatsache, dass die Wellenlänge eines Tons, der von einem bewegten Objekt aus geht, nicht in alle Richtungen gleich groß ist. In Fahrtrichtung wird die Schallwelle „zusammengestaucht“, entgegen der Fahrtrichtung „entzerrt“. Aber warum ist das so?

Man kann sich eine Schallwelle als eine auf und ab Schwingung vorstellen (wie z.B. ein auf und ab bewegtes Seil). Die Wellenlänge ist der Abstand zweier Hochpunkte bzw. Maxima (oder auch Tiefpunkte). Die Welle wird in ihrem Ursprung, im Falle des Krankenwagens an der Sirene, konstant erzeugt. Das Signal hat im Ursprung damit immer die gleiche Wellenlänge. Von Ursprung aus breitet sich eine Schallwelle bekanntermaßen mit Schallgeschwindigkeit aus. Das ist mit etwa 343 km/h zwar sehr schnell, aber eben nicht so schnell, dass die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs keinen Einfluss darauf hat. Ein fahrender Krankenwagen, und damit dessen Sirene, hat sich nämlich in der Zeit vom Aussenden eines Wellenmaximums bis zum nächsten ein kleines Stück vorwärts bewegt. In Fahrtrichtung ist der effektive Abstand der beiden Maxima, die sich in der Luft ausbreiten, dadurch etwas kleiner, als das ursprüngliche Signal. Entgegen der Fahrtrichtung ist es genau andersherum und der Abstand vergrößert sich. Die beiden nachfolgenden Bilder verdeutlichen diesen Effekt. Im ersten Bild der heranfahrende Krankenwagen, im zweiten Bild der Wegfahrende.

Doppler-Effekt heranfahrend Doppler-Effekt wegfahrend

Kürzere Wellenlänge bedeutet bei akustischen Signalen ein höherer Ton. Aus diesem Grund hört sich die Sirene des heranfahrenden Krankenwagens höher an, als die des wegfahrenden Autos. Im Zeitpunkt des Vorbeifahrens hört man dann den Übergang von hoch nach tief.

 

Quellen:

https://www.leifiphysik.de/akustik/akustische-wellen/doppler-effekt

Wie funktioniert eine Mikrowelle?

Vor ein paar Wochen ging es um die Funktionsweise eines Induktionsherdes. Schon viel länger Einzug in die meisten Haushalte hat die „Mikrowelle“ erhalten. Eigentlich muss man von einem Mikrowellenherd sprechen, da die Mikrowelle nur das physikalische Phänomen hinter dem Gerät ist. Aber wie genau erwärmt ein Mikrowellenherd eigentlich das Essen?

Wie der Name schon sagt, spielen hier die sogenannten Mikrowellen die entscheidende Rolle. Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von 0,1 bis 30 cm. In Mikrowellenherden werden Wellen mit etwa 12 cm Länge erzeugt. Zum Vergleich: Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von 0,4 bis 0,7 mm, Radiowellen liegen im Bereich von Metern bis hin zu Kilometern. Aber was bewirken die erzeugten Mikrowellen in dem Essen?

Eine elektromagnetische Welle hat nur einen Einfluss auf ein Molekül, wenn dieses einen Dipol besitzt. Das heißt, dass eine Seite des Moleküls leicht positiv, die andere Seite negativ geladen ist. Wasser, das in jedem unserer Lebensmittel enthalten ist, weißt genau so einen Dipol auf. Wenn ein Wassermolekül sich nun in einem elektromagnetischen Feld aus Mikrowellen befindet, wird es durch die Schwingung der Wellen in Rotation versetzt. Die Moleküle fangen also an sich zu bewegen. Da sie aber in einer festen Mahlzeit oder auch einer Flüssigkeit sehr eng nebeneinander liegen, kollidieren die Moleküle und durch die auftretende Reibung entsteht Wärme. Diese Wärme sorgt dann für die Erhitzung der gesamten Speise.

Da der menschliche Körper auch zu einem Großteil aus Wasser besteht, sind Mikrowellen für Menschen nicht ganz ungefährlich. Denn das Selbe, was mit dem Essen passiert, kann auch mit menschlichem Gewebe passieren, wenn es Mikrowellen ausgesetzt wird. Aus diesem Grund sind Mikrowellenherde nach außen hin mit einem Metallgehäuse abgeschirmt. An Metall werden Mikrowellen nämlich reflektiert und bleiben so im Inneren des Herdes. Auch in die eigentlich für Mikrowellen durchlässige Glasscheibe ist ein Metallgitter eingebaut. Durch die Sicherheitsfunktion, dass der Herd nur eingeschaltet werden kann, wenn die Klappe geschlossen ist, geht von so einem Herd allerdings keine Gefahr für den Betreiber aus.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/mikrowellenherd/

https://praxistipps.focus.de/wie-funktioniert-eine-mikrowelle-einfach-erklaert_45520

Warum sind die Buchstaben auf einer Tastatur so willkürlich angeordnet?

Das 10-Finger-Schreibsystem. Wer es beherrscht muss nicht mehr darüber nachdenken, wo welcher Buchstabe auf der Tastatur eines PCs zu finden ist. Denkt man allerdings doch einmal über die Anordnung der Buchstaben auf einer Tastatur nach, stellt sich unweigerlich die Frage: Warum sind die Buchstaben scheinbar völlig willkürlich und nicht beispielsweise alphabetisch angeordnet?

Die erste Vermutung, zu der man kommen kann, ist womöglich eine Art ergonomische Anordnung, die das Tippen häufig verwendeter Buchstabenkombinationen erleichtern soll. Doch bei näherer Betrachtung muss man auch hier feststellen, dass auch das nicht wirklich zutrifft, egal ob man deutsch oder englisch schreibt.

Tatsächlich hat sich bereits um 1870 ein Mann namens Christopher Latham Sholes genau mit dieser Frage beschäftigt. Natürlich gab es zu dieser Zeit noch gar keine Computer. Was es aber bereits gab, waren Schreibmaschinen und auch bei einer Schreibmaschine müssen die Buchstaben der Tastatur irgendwie sinnvoll angeordnet werden. Schreibmaschinen hatten aber, im Gegensatz zu heutigen PC-Tastaturen, einen entscheidenden Nachteil. Die Tasten sorgten mechanisch dafür, dass über einen Hebel der entsprechende Buchstabe auf das Papier gedruckt wurde. Bei frequentierter Benutzung so einer Schreibmaschine, neigten die Hebel der Tasten dazu sich zu verhaken. Das primäre Ziel von Sholes bei der Anordnung der Tasten war somit häufig auftretende Buchstaben und Buchstabenkombinationen möglichst weit auseinander zu platzieren. Dadurch sollte das Verhaken verhindert oder zumindest auf ein Minimum reduziert werden. Da der genannte Mr. Sholes ein Amerikaner war, treffen diese Vorkehrungen vor allem auf die englische Sprache zu. Der Einfachheit halber wurde die Tastatur fast identisch aber auch im deutschen Raum eingesetzt. Ausschließlich Y und Z sind bei beiden Tastaturen vertauscht. Das im englischen häufig verwendete Y liegt für den rechten Zeigefinger leicht erreichbar, wohingegen das kaum verwendete Z links unten platziert wurde. In der deutschen Sprache ist das Z deutlich häufiger, als das Y und somit wurden beide Plätze ganz einfach getauscht.

Die allgemeine Bezeichnung der Tastaturen, nämlich QWERTY bzw. QWERTZ entspricht den ersten fünf Buchstaben der oberen Reihe von links nach rechts gelesen.

Für teilweise schwierig Fingerverrenkungen beim Tippen von eigentlich einfachen Wörtern, ist somit ein Mann und indirekt die Mechanik einer einfachen Schreibmaschine verantwortlich.

 

Quellen:

http://www.asklubo.com/tech/computer/nach-welchen-kriterien-sind-die-tasten-auf-der-tastatur-angeordnet/129.527

https://www.techbook.de/easylife/darum-sind-die-tasten-auf-der-tastatur-nicht-in-alphabetischer-reihenfolge

Wie funktioniert ein Induktionsherd?

Wer in den letzten Jahren einen Herd gekauft hat, stand mit Sicherheit vor der Frage: Welche Art von Herd will ich denn eigentlich? Immer mehr Menschen entscheiden sich beim Kauf für die wohl neuste Variante, einen Induktionsherd. Aber wie funktioniert eigentlich so ein Induktionsherd und was unterscheidet ihn von anderen Herden?

Die Hauptneuerung beim Induktionsherd ist, dass am Herd selber, also auch auf den Herdplatten beim Kochen erst einmal gar nichts heiß wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Herden gibt es nämlich keine Wärmequelle unter den Herdplatten. Im Induktionsherd ist an dieser Stelle nur eine Spule, die zwar von Strom durchflossen wird, aber sich dabei nicht erhitzt. Eine herkömmliche Heizspule hat einen so großen Widerstand, dass sie sich erhitzt, wenn sie von Strom durchflossen wird. Diesen Effekt kennt man unter anderem auch von Glühbirnen mit einem Glühdraht. Die Induktionsspule leitet den Strom allerdings sehr gut. Wird so eine Spule aber mit einem Wechselstrom durchflossen, der mit hoher Frequenz quasi immer seine „Richtung“ wechselt, erzeugt sie im näheren Umfeld ein Magnetfeld. Auch dieses Magnetfeld wechselt dabei ständig seine Ausrichtung. Genau das passiert erst einmal, wenn man den Herd einschaltet. Auf dem leeren Herd wird auch noch nichts heiß. Erst wenn man einen Topf auf die Platte stellt passiert etwas. Genauso, wie der Strom in der Spule ein Magnetfeld hervorruft, kann anders herum ein Magnetfeld in einem metallischen Gegenstand (Topf) einen Strom hervorrufen. Metalle besitzen freie Elektronen, die durch das Magnetfeld in Bewegung gebracht werden. Es fließt quasi ein ständig wechselnder Strom im Topfboden, ein sogenannter induzierter Wirbelstrom. In dem schlecht leitenden Topf mit hohem Widerstand passiert jetzt wieder das, was auch in einer Glühbirne oder einer Heizspule passiert. Der Topf erwärmt sich. Natürlich nicht so stark, dass er zu glühen anfängt, aber doch stark genug, dass man gut darin kochen kann. Da ein Magnetfeld aber nur auf Metalle einen Einfluss hat, wird die Herdplatte selber, welche aus einer Glaskeramik besteht, nicht warm. Wenn man den Topf nach dem Kochen von der Platte nimmt, ist diese aber natürlich auch warm, da ja ein heißer Topf drauf stand.

Häufig wird die Frage gestellt, ob so ein Induktionsherd denn gefährlich sein kann. Tatsächlich gibt es ein paar Regeln, die man beim Kochen am Induktionsherd beachten sollte. Genauso wie der Topf im Magnetfeld heiß wird, kann das nämlich auch mit einem Ring, einer Halskette oder anderen metallischen Gegenständen passieren. Auch elektrische Komponenten, wie Uhren oder auch Herzschrittmacher können durch das Magnetfeld beeinflusst werden. Entsprechende Gegenstände sollten dann beim Kochen eben nicht getragen werden und im Falle eines Herzschrittmachers ist vielleicht doch zu überlegen, ob man sich nicht einen anderen Herd zulegt. Allgemein sind die Auswirkungen von Magnetfeldern, wie die eines Induktionsherdes, auf den menschlichen Körper nicht komplett verstanden und werden dadurch häufig diskutiert. Die WHO (Weltgesundheitsorganisation) hat diese allerdings als möglicherweise Krebs erregend eingestuft. Grundsätzlich macht also ein gewisser Sicherheitsabstand zur Platte und damit dem Magnetfeld Sinn, den man bei einem herkömmlichen Herd aber normalerweise auch einhält.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/physik-des-induktionsherdes/

https://praxistipps.focus.de/induktionsherd-und-die-gesundheit-so-gefaehrlich-sind-die-kochfelder_59673

Wie entstehen Kondensstreifen?

Achtung Spoileralarm: Nein Kondensstreifen sind keine Chemtrails!!!

Auch wenn sich diese Verschwörungstheorie hartnäckig hält, haben Kondensstreifen in keinster Weise etwas mit dem absichtlichen Versprühen von irgendwelchen Chemikalien zu tun. Aber wie genau entstehen sie dann und warum können sie so unterschiedlich aussehen?

Bei der Verbrennung von Kerosin in den Triebwerken eines Flugzeugs entsteht hauptsächlich Wasserdampf und CO2. Da Kerosin aber ähnlich wie Benzin oder Diesel kein Reinstoff ist, sondern aus vielen verschiedenen Substanzen besteht, entstehen durch die unsaubere Verbrennung einzelner Bestandteile auch Rußpartikel. Feinste Wasserdampfteilchen sind erst einmal unsichtbar. Die Rußpartikel dienen allerdings als Anlagerungsstellen für den Wasserdampf, der dort bei den in der Flughöhe herrschenden Temperaturen kondensiert. Man spricht von Kondensationskeimen. Natürlich lagert sich nicht nur ein Wasserteilchen an ein Rußpartikel. In sehr kurzer Zeit bilden sich Tropfen große Ansammlungen, die bei den dort herrschenden Temperaturen in der Regel gleich zu Kristallen gefrieren. Sobald die Gebilde eine gewisse Größe erreicht haben wird an ihnen das Licht so stark gestreut, dass es für uns weiß erscheint (vgl.“Warum sind Wolken weiß„). Dadurch, dass die Triebwerke konstant laufen, können dann die bekannten Kondensstreifen hinter den Flugzeugen entstehen.

Wie lang sich ein Kondensstreifen hält oder auch ob überhaupt einer entsteht ist von der Luft abhängig, durch die das Flugzeug gerade fliegt. Ausschlaggebend ist vor allem die dort vorherrschende Luftfeuchtigkeit. Ist die Luft zu trocken, lösen sich die Wasserteilchen sehr schnell auf und man sieht gar nichts. Bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit können Kondensstreifen auch mal über mehrere Stunden am Himmel bleiben bis sie durch Luftströmungen in ein Gebiet trockenerer Luft geschoben werden. Je nach Luftbewegung können Kondensstreifen quasi jede Form annehmen, vorausgesetzt sie bleiben lange genug erhalten.

 

Quellen:

http://www.airliners.de/warum-chemtrails-kondensstreifen-antworten-cockpit/34692

https://weather.com/de-DE/wissen/wetterlexikon/news/kondensstreifen-so-entstehen-die-kunstlichen-wolken

Wie funktioniert ein selbst kühlendes Bierfass?

Im Sommer am See, auf der Grillparty oder am Festivalgelände ohne Strom ein kühles Bier genießen zu können ist nicht immer einfach. Selbst kühlende Bierfässer sind hierfür perfekt geeignet. Man muss nur einen Hebel umlegen und das Bier ist innerhalb weniger Minuten auf Kühlschranktemperatur. Aber wie funktioniert das, so ganz ohne Strom?

In der Technik eines selbst kühlenden Bierfasses werden rein physikalische Effekte ausgenutzt. Nämlich zum Einen die Verdunstung von Wasser und zum Anderen die Adsorption von Wasserdampf auf einer hydrophilen, also Wasser anziehenden Oberfläche. Wie ist nun so ein Bierfass aufgebaut? Ganz innen liegt natürlich der Behälter für das Bier. Direkt um diesen Behälter befindet sich eine Schicht mit einem Material, das Wasser aufsaugen kann. Das kann zum Beispiel eine Art Fließ oder Watte sein. In der nächsten Schicht befindet sich ein so genannter Zeolith. Das ist ein in der Natur vorkommendes, poröses Material mit sehr kleinen Poren. Dieses Zeolith Material hat auf Grund der feinen Poren eine sehr große Oberfläche. Außerdem ist es hydrophil. Das bedeutet, dass Wasser(dampf) stark dazu tendiert sich auf der Oberfläche des Zeolithen anzulagern – man spricht dabei von adsorbieren. Die Kammern mit nasser Watte und Zeolith sind abgetrennt und können über ein Ventil miteinander verbunden werden. Außerdem wird die Zeolith-Kammer so gut es geht evakuiert, so dass ein Vakuum vorliegt. Auch aus der Kammer mit der nassen Watte wird die Luft gesaugt, allerdings nur so weit, dass das Wasser gerade so noch flüssig bleibt. Bei zu geringem Druck würde das Wasser schon verdampfen bevor man das Ventil öffnet.

In diesem Zustand wird die innerste Kammer des Fasses mit Bier gefüllt und verschlossen. Ab diesem Zeitpunkt kann jederzeit der Hebel am Fass umgelegt werden, der das Ventil zwischen den evakuierten Kammern öffnet. Wenn das geschieht, findet ein Druckausgleich statt, da in der Watte-Kammer ja noch ein Restdruck gelassen wurde. Dieser sinkt jetzt noch weiter und das Wasser in der Watte fängt an zu verdampfen. Das Verdampfen benötigt aber Energie. Diese Energie wird dem Bier entzogen, welches dadurch abgekühlt wird. So weit so gut doch in einer geschlossenen Kammer verdampft nur ein geringer Teil des Wassers. Nämlich so lange, bis sich ein Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Dampf eingestellt hat. Jetzt kommt der Zeolith ins Spiel. Durch die Adsorption des verdampften Wassers auf dessen Oberfläche sorgt der nämlich dafür, dass sich eben kein Gleichgewicht einstellt, sondern der entstehende Wasserdampf sofort „abgezogen“ wird.  Der Verdampfungsprozess kann somit weiter laufen und das Bier wird weiter gekühlt.

Dem Wasser in der Watte wird durch die Verdampfung so viel Wärme entzogen, dass es relativ schnell sogar gefriert. Ab diesem Zeitpunkt verlangsamt sich die Verdampfung. Das Bier wird aber trotzdem weiter gekühlt, da die Wärme aus dem Bier jetzt auch noch dafür benötigt wird um das gefrorene Wasser erst einmal zu schmelzen. Dadurch hält der Kühlvorgang über mehrere Stunden an und es kann lange kaltes Bier genossen werden.

Während der Adsorption des Wassers wird die aus dem Bier gezogene Wärme übrigens wieder freigesetzt und über die Fasswand nach außen abgegeben. Das Fass fühlt sich daher von außen warm an, wird innen aber gekühlt. Bei der nächsten Grillparty weißt du jetzt also auch warum das Bier durch das Umlegen eines Hebels gekühlt werden kann.

 

Quellen:

http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Selbstk%FChlendes_Bierfass.html

http://www.tucher.de/unsere-biere/unser-sortiment/unser-coolkeg/

Herd vs Wasserkocher – Womit sollte man Wasser kochen?

Kochst du dein Nudelwasser auf dem Herd oder benutzt du dafür den Wasserkocher? Hast du dich überhaupt schon einmal gefragt welche Variante sinnvoller ist? Eine gute Frage mit einer einfachen Antwort: Mindestens mal aus energetischer Sicht ist der Wasserkocher klar die zu bevorzugende Variante. Warum das so ist möchte ich an einem kurzen Beispiel erklären.

Um beide Methoden vergleichen zu können muss man zunächst mal wissen, welche Leistungen und damit welchen Stromverbrauch beide Varianten haben. In meinem Beispiel nehme ich an, dass die Herdplatte bis zum kochen des Wassers auf höchster Stufe läuft. Auf dieser Stufe hat sie eine Leistung von 1500 Watt. Der Wasserkocher in meinem Beispiel  ist in der Lage 2000 Watt zu leisten. Als nächstes muss die Zeit betrachtet werden, die es dauert bis das Wasser kocht. In meinem Beispiel nehme ich ungefähre Erfahrungswerte an. Diese betragen für die Herdplatte etwa 6 Minuten und für den Wasserkocher 2 Minuten. Natürlich sind diese Werte von der Menge des Wassers abhängig, werden der Einfachheit halber hier aber einfach so gewählt.

Der jeweilige Stromverbrauch errechnet sich jetzt aus dem Produkt der Leistung und der benötigten Zeit in Sekunden. Folglich lautet die Rechnung für die Herdplatte: 1500 Watt (Joule pro Sekunde) mal 360 Sekunden (6 Minuten) ergibt 540.000 Joule. Eine Kilowattstunde, in der der Stromverbrauch in der Regel gemessen wird, sind 360.000 Joule. Somit verbraucht die Herdplatte zum Wasserkochen 1,5 kWh. Die gleiche Rechnung für den Wasserkocher lautet 2000 Watt mal 120 Sekunden und ergibt 240.000 Joule bzw. 0,67 kWh. Man sieht also, dass das Kochen von Wasser mit einem Wasserkocher weniger Strom verbraucht, als im Topf auf dem Herd. Jetzt fragst du dich vielleicht warum das so ist. Auf der Herdplatte geht insgesamt einfach mehr Wärme an die Umgebung und damit nicht direkt ins Wasser.

Eine kleine Zusatzrechnung: Angenommen man benötigt dreimal pro Woche kochendes Wasser um Essen zuzubereiten. Dann sind das ca. 150 mal im Jahr. Beim Umstieg von Herd auf Wasserkocher  würde man damit im Jahr etwa 125 kWh sparen. Bei einem Strompreis von 30 Cent pro kWh sind das 37€ also einmal gut essen gehen 😉