|
Ph 08 |
Goethe-Barometer |
|
Experimente
mit Plasteflaschen
|
|
Eine
Plastflasche wird mit einem festsitzenden, durchbohrten Stopfen
verschlossen. In die Bohrung wird ein U-förmiges Glasrohr
eingeführt. Der eine Schenkel, der sich außerhalb des
Rohres befindet, soll ca. 30 cm lang sein, der andere erheblich
kürzer. Der Abstand der beiden parallel verlaufenden Schenkel
beträgt etwa 8 cm.
Auf den Mantel der Flasche klebt man in
Richtung der Flaschenachse eine Skale mit Millimetereinteilung, die
sich unmittelbar hinter dem langen Schenkel des U-Rohres befindet.
Die Flasche wird etwa zur Hälfte mit Wasser gefüllt und
besonders sorgfältig verschlossen (siehe Bild). Hierbei ist die
Verwendung des durchbohrten Schraubverschlusses der Flasche als
Überwurfmutter zu erwägen. Um die Verdunstung zu
verringern, wird die Öffnung des Glasrohres mit selbstklebendem
Band verschlossen, in das man mit einer Stecknadel ein kleines Loch
sticht. Die Flasche wird an einer Stelle befestigt, an der sich die
Temperatur möglichst wenig ändert. Der Flüssigkeitsstand
im U-Rohrschenkel wird auf der Skale markiert und entsprechend der
Luftdruckangabe im Rundfunk beschriftet. Auf der Skale entspricht 1
cm etwa einer Druckänderung von 1 Millibar. Der
Flüssigkeitsstand wird an jedem Tag ermittelt. Die angezeigten
Druckänderungen entsprechen der Änderung des Luftdrucks.
Im Innern der Plastflasche wirkt auf die Wasseroberfläche
immer derselbe Druck. Ist dieser Druck gleich dem Luftdruck, so steht
das Wasser im äußeren Schenkel des Glasrohres gleich hoch
wie in der Flasche. Steigt der Luftdruck, so wird die äußere
Wassersäule soweit nach unten gedrückt, bis ihr
Schweredruck der Druckänderung entspricht. Das dabei ins Innere
der Flasche verdrängte Wasser führt zu einer so geringen
Änderung der Höhe des Flüssigkeitsspiegels und damit
des Luftdrucks in der Flasche, dass diese zu vernachlässigen
sind. Damit ist der Schweredruck der Wassersäule im äußeren
Schenkel gleich der Druckänderung.
Störenden Einfluss
auf die Druckmessung hat lediglich die Temperatur. Die
Temperaturänderung von einem Grad entspricht einer Änderung
von etwa 1/273 des Druckes. Bei 1000 Millibar sind das mehr als 3 cm
Wassersäule. Deshalb ist es, notwendig, das Ablesen bei gleicher
Temperatur vorzunehmen.
Um den Einfluss kurzzeitiger
Temperaturschwankungen zu verringern, empfiehlt es sich, die Flasche
z.B. mit Schaumstoff thermisch zu isolieren.
Das Barometer ist so
empfindlich, dass es bereits die Druckunterschiede in wenigen Metern
Höhe sicher anzeigt. Wenn man die Flasche bei guter thermischer
Isolation die Treppe hinaufträgt, verringert sich der Druck gut
sichtbar. Besonders eindrucksvoll ist das Experiment, wenn man die
Plastflasche mit in einen Fahrstuhl nimmt.
Nach Goethes Tod fand
man eine solche Anordnung in seinem Schlafzimmer. Deshalb nennt man
sie auch Goethe-Barometer.
http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/web_ph08/m14_schweredruck.htm
Arbeitsblatt IPN Kiel