Schlagwort-Archive: Sauerstoff

Warum verzerrt Helium unsere Stimme?

Viele haben es sicher schon einmal ausprobiert. Auf einer Party gibt es mit Helium gefüllte Ballons, die bekanntlich nicht zum Boden fallen, sondern nach oben steigen. Wenn man dieses Helium aus einem Ballon einatmet verändert das für kurze Zeit die Stimme und man klingt in etwa wie Mickymaus. Aber was macht das Helium mit unserer Stimme, dass sie so verzerrt klingt?

Dazu muss man erst einmal wissen, wie der Klang unserer Stimme überhaupt entsteht. Wir haben bekanntlich in unserem Hals Stimmbänder, die für unsere Stimme verantwortlich sind. Diese Stimmbänder werden durch ausströmende Luft und entsprechende Muskelaktivität ins Schwingen gebracht. Die Schwingung der Stimmbänder überträgt sich auf das darum liegende Medium (im Normalfall Luft) und erzeugt eine Schallwelle. Diese Schallwelle wird durch den Rachen und die Nasenhöhlen noch etwas abgewandelt und verlässt als charakteristische Stimme unseren Mund. In dem Medium Luft, dass eine gewisse Dichte hat, breitet sich dieser Schall immer mit der gleichen Geschwindigkeit aus. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt etwa 343 Meter pro Sekunde (1235 km/h). In Helium ist das anders. Helium, als deutlich leichteres Gas, hat eine geringere Dichte als Luft. Das ist ja auch der Grund, warum ein Helium Ballon nach oben steigt. In einem Medium mit geringerer Dichte kann sich aber auch der Schall schneller ausbreiten, da der Widerstand geringer ist. Deshalb liegt die Schallgeschwindigkeit in Helium bei etwa 981 Meter pro Sekunde (3532 km/h), also fast dreimal schneller als in Luft. Höhere Geschwindigkeit bedeutet bei Schall eine höhere Frequenz. Wer schon einmal ein Video oder ein Lied mit Ton vor gespult hat, es also schneller hat laufen lassen, der weiß wie sich das in etwa anhört. Der Ton wird verzerrt aber vor allem wird er höher. Genau das passiert auch mit unserer Stimme, wenn die Lunge und der Halsbereich nicht mit Luft, sondern mit Helium gefüllt ist. Sobald sich das Helium aus der Lunge verflüchtigt hat wird die Stimme wieder normal.

Das Ganze geht auch in die andere Richtung mit einem Gas, das schwerer ist als Luft, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid. Die Stimme wird durch das Einatmen dieses Gases tiefer.

In beiden Fällen ist das Einatmen der Gase allerdings nicht ganz ungefährlich. Helium ist da noch etwas weniger kritisch. Man sollte es allerdings nicht übertreiben und nach jedem mal Einatmen eine kleine Pause einlegen. Das Helium verdrängt nämlich den Sauerstoff aus der Lunge. Wenn man es übertreibt, kann das schnell zu einer Unterversorgung bis hin zur Bewusstlosigkeit führen. Schwerere Gas wie Schwefelhexafluorid haben zusätzlich noch die Eigenschaft, dass sie auf Grund ihrer höheren Dichte nicht von selber wieder die Lunge verlassen. Trotz ausatmen können Reste in den unteren Teilen der Lunge bleiben. Was hilft ist tatsächlich ein Kopfstand, so dass das schwere Gas nach unten Richtung Rachen und Mund strömen kann.

 

Quellen:

http://www.pflichtlektuere.com/29/05/2015/wissenswert-warum-klingt-die-stimme-mit-helium-hoeher/

https://www.n-tv.de/wissen/frageantwort/Wieso-veraendert-Helium-die-Stimme-article11599581.html

Wie entsteht Morgen- bzw. Abendrot?

Auch wenn die Tage schon immer kürzer werden, kann man im Moment häufig sehr schöne Sonnenuntergänge oder für Frühaufsteher auch Sonnenaufgänge bewundern. Der orangene bis tiefrote Himmel kurz nachdem die Sonne hinter dem Horizont verschwindet, bzw. kurz bevor sie aufgeht, ist eines der schönsten Himmelsphänomene. Aber wie kommt es eigentlich, dass der Himmel und vor allem die angestrahlten Wolken sich in solch kräftigen Farben zeigen?

Tagsüber ist ein wolkenloser Himmel strahlend blau. Hier taucht bereits die erste Frage auf: Warum ist das so?

Das Sonnenlicht, das uns in der Regel weiß erscheint, besteht tatsächlich aus allen Farben des Regenbogens (vgl. Wie entsteht ein Regenbogen). Das Licht all dieser Farben überlagert ergibt weißes Licht. Dieses weiße Licht dringt dann in die Erdatmosphäre ein. Dort trifft es auf Moleküle in der Luft – vorwiegend Stickstoff und Sauerstoff. An diesen Molekülen wird das Licht der Sonne gestreut, es verändert also seine Richtung. Licht verschiedener Wellenlängen und damit verschiedener Farben wird allerdings nicht gleichstark gestreut. Kurzwelliges blaues Licht wird deutlich stärker gestreut, als langwelliges rotes Licht. Da bei hohem Sonnenstand tagsüber der Weg des Lichts durch die Erdatmosphäre relativ kurz ist, wird hauptsächlich das blaue Licht gestreut. Das gestreute Licht ist das, was wir dann sehen. Der Himmel erscheint somit blau.

Morgens oder auch abends, wenn die Sonne tief über dem Horizont steht bzw. gerade auf oder untergeht, ist der Weg des Lichts bis zu uns deutlich länger. Der Weg ist so lang, dass das blaue Licht so weit gestreut wird, dass es zum großen Teil gar nicht mehr bei uns ankommt. Was wir dann sehen ist die Streuung des roten Lichts und der Himmel oder auch die angestrahlten Wolken erscheinen rot. Wolken strahlen deshalb, weil sie das Licht der Sonne ganz einfach reflektieren. Aus diesem Grund sind sie tagsüber auch weiß (vgl. Warum sind Wolken weiß).

Wenn du nun das nächste Mal einen Sonnenuntergang bestaunst, weißt du jetzt auch wie dieses spektakuläre Farbenspiel entsteht.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/himmelsblau-und-abendrot/

https://wetterkanal.kachelmannwetter.com/wie-entsteht-morgenrot-und-abendrot/

Warum brennt eine Magnesiumfackel unter Wasser?

An die Taucher unter euch: Habt ihr schon einmal eine Magnesiumfackel unter Wasser gezündet? Eigentlich denkt man ja, dass Wasser eine Flamme eher löscht. Magnesiumfackeln brennen aber auch unter Wasser. Aber wie geht das?

Magnesium ist ein Metall, das in Pulverform leicht brennt. Wenn Magnesium brennt, wird bei dieser Reaktion sehr viel Energie freigesetzt. Die Folge ist, dass die Verbrennung bei über 2500°C stattfindet. Jetzt muss man mal überlegen, was für eine Verbrennung benötigt wird. Ein brennbares Material (hier Magnesiumpulver), Sauerstoff und eine Zündquelle wie zum Beispiel ein Funke. Normalerweise hat Wasser eine löschende Wirkung, da es einer Flamme den Sauerstoff entzieht und gleichzeitig das brennbare Material unter die Zündtemperatur abkühlt. Andererseits ist die chemische Formel für Wasser H2O. Damit besteht es aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff. Es ist also genügend Sauerstoff im Wasser enthalten. Durch die sehr hohe Verbrennungsenergie, die in einer Magnesiumfackel freigesetzt wird, kann das Wasser teilweise in seine Bestandteile „zerlegt“ werden. Dadurch wird elementarer Sauerstoff frei, der wiederum für die weitere Verbrennung des Magnesiums verwendet werden kann. Dadurch entsteht wieder viel Energie und so weiter. Folglich ist eine Magnesiumfackel in der Lage auch unter Wasser zu brennen und ermöglicht es somit Tauchern gegebenenfalls ein Lichtsignal zu senden um Hilfe zu holen.

Da Wunderkerzen unter anderem auch aus Magnesium bestehen, funktioniert das übrigens mit ihnen ebenfalls. Sie brennen unter Wasser weiter. Allerdings sprühen sie unter Wasser nicht mehr so schön in alle Richtungen.

 

Quellen:

https://www.abendblatt.de/ratgeber/wissen/article107759009/Warum-brennt-Magnesium-auch-unter-Wasser.html

Die Ozonschicht – Wie kann sie uns schützen?

Die Ozonschicht – Jeder hat schon einmal davon gehört und  auch oft, dass sie gut für uns ist bzw. ein Ozonloch sich negativ für uns auswirkt. Doch was ist Ozon überhaupt und was bewirkt es, dass seine Abwesenheit so gefährlich für uns sein kann?

Ozon ist erst einmal ein Molekül aus drei Sauerstoff Atomen (O3). Der normale Sauerstoff, den wir zum atmen brauch besteht nur aus zwei Atomen (O2). Grundsätzlich ist Ozon eher gesundheitsgefährdend. Es reizt Augen und Atemwege und ist somit in höheren Konzentrationen zu vermeiden. Die Ozonschicht, von der oft die Rede ist und in der eine erhöhte Ozonkonzentration vorliegt, befindet sich allerdings in etwa 15- 25 km Höhe, so dass sie für uns keine gesundheitlichen Schäden hervorrufen kann.

Viele haben vielleicht schon einmal gehört, dass das Ozon uns vor gefährlicher UV- Strahlung schützt. Das stimmt, denn Ozon wird gebildet, indem ein „normales“ Sauerstoffmolekül (O2) durch energiereiche ultraviolette Strahlung (UV) gespaltet wird. Es entstehen also zwei einzelne Sauerstoffatome (O). Jedes dieser beiden O- Atome kann sich nun an ein anderes O2– Molekül anheften. Ein Ozon- Molekül entsteht (O3). Genauso kann es aber auch sein, dass die UV- Strahlung auf ein Ozon- Molekül trifft. Auch hier wird ein einzelnes Sauerstoffatom ab gespaltet und es entsteht ein O- Atom und ein O2– Molekül . Das frei gewordene Sauerstoffatom verbindet sich wieder mit einem anderen Sauerstoffmolekül (O2) zu einem Ozon- Molekül.

Ozon kann also durch UV- Strahlung zerstört, aber eben auch indirekt wieder gebildet werden. Die UV- Strahlung, die in der Ozonschicht zur Spaltung und Bildung von Ozon beiträgt, kann schon nicht mehr bis zu uns auf die Erde gelangen. Und auf diese Weise schützt uns das Ozon vor gesundheitsschädlicher und teilweise Krebserregender UV- Strahlung.

Natürlich gelangt immer noch ein Teil des UV- Lichts bis zu uns auf die Erdoberfläche und aus diesem Grund kann Ozon auch dort gebildet werden. Deswegen ist an Tagen mit sehr hoher Sonneneinstrahlung oft die Rede von hohen Ozon Werten. Das kann sich im Extremfall durch gereizte Augen bemerkbar machen. Im Normalfall merken wir aber nichts davon.

Das viel diskutierte Ozon- Loch befindet sich übrigens über der Antarktis, also dem Südpol. Ausläufer gelangen allerdings teilweise bis nach Australien oder Südamerika, wodurch die UV- Strahlung dort extrem hohe Werte erreichen kann.

Wissenschaftlern zufolge, konnte allerdings schon ein Rückgang des Ozonloches festgestellt werden. Das liegt vor allem daran, dass der Ausstoß Ozonschädigender Halogene (v.a. Fluor, Chlor, Brom) reduziert, und in bestimmten Bereichen sogar verboten wurde.