Flüssigkeiten und Temperatruen

Die Mechanik beschäftigt sich mit dem Gleichgewicht und der Bewegung von Stoffen
Lukas

Flüssigkeiten und Temperatruen

Beitrag von Lukas »

Wenn die Cola zu groß wird.....
Jeder kennt eine Cola Flasche. Cola ist dieses süße, schwarze Getränk, welches die Kinder so gern mögen und von dem die Erwachsenen immer sagen, dass es nicht gesund ist.

Habt ihr euch schon einmal gefragt, warum die Cola Flasche nicht bis an der Rand gefüllt ist? Wenn man die Flasche hinlegt, sieht man dass immer eine Luftblase drinnen ist?

Man könnte meinen, dass uns die Hersteller um einen Schluck Cola bringen wollen.
Doch wenn wir uns die Sache genauer ansehen, werden wir bald merken, dass die Leute von Cola sich etwas dabei gedacht haben:
Das Problem liegt darin, dass sich die meisten Flüssigkeiten bei hohen Temperaturen ausdehnen und bei niedrigen Temperaturen zusammenziehen. Luft hingegen kann zusammengepresst werden. Man nennt dies „komprimiert“. Auch kann sich die Luft in Flüssigkeiten lösen. So ist zum Beispiel im Wasser, das in einem See vorhanden ist, Luft gelöst. Sonst könnten die Fische im See gar nicht atmen und würden nicht überleben.
Wird eine Flasche Cola zum Beispiel nach Alaska verkauft, so wird die Luft, die in der Cola enthalten ist, gelöst. Das heißt, die Cola wird kleiner und die Luftblase größer. Anders herum verhält sich die Cola, wenn dieselbe Flasche nach Afrika verkauft wird. Durch die Hitze dehnt sich die Cola aus und nimmt mehr Luft in sich auf. Somit wird die Luftblase in der Cola kleiner.

Was würde jetzt passieren, wenn man versuchen würde die Cola Flasche bis zum Rand hin zu befüllen, sodass keine Luft mehr in der Flasche wäre?

In Alaska und auch in Afrika würde die Flasche auslaufen, weil sie irgendwo am Verschluss oder an der Flasche selbst undicht werden würde.
Wie wir bereits gehört haben würde sich die Cola in Alaska bei tiefen Temperaturen zusammenziehen. Da aber keine Luft mehr vorhanden ist, würde sich ein sogenannter Unterdruck (Vakuum) bilden. Dieser Druck kann so groß werden, dass die Flasche an ihrer schwächsten Stelle Risse bekommt und somit Undicht wird.
In Afrika, bei heißen Temperaturen, versucht sich die Cola auszudehnen. Da die Flasche aber schon ganz voll ist, fehlt der Platz zum ausdehnen und der Druck in der Flasche wird immer größer. Wie auch bei niedrigen Temperaturen wird die Flasche nun reißen und undicht werden.

Habt ihr euch schon überlegt, welche Möglichkeiten es geben würde, um eine randvolle Flasche Cola trotzdem nach Alaska und Afrika verkaufen zu können?

Zwei der Möglichkeiten werden wir uns jetzt etwas genauer ansehen. Diese können dann bei allen erdenklichen Gegenständen, die aus einem verschlossenem, und mit irgendwelchen Flüssigkeiten gefüllten Gefäß bestehen, angewendet werden.

Aus dem, was wir bereits gehört haben, können wir eine kleine Zusammenfassung erstellen und daraus ableiten was wir eigentlich brauchen würden:
o Wir wollen eine Cola Flasche bis zum Rand befüllen und verschließen.
o Bei hohen Temperaturen dehnt sich die Cola aus, bei niedrigen zieht sie sich zusammen.
o Wir wollen diese Flasche nach Alaska und nach Afrika verkaufen, ohne dass Sie dort kaputt geht und undicht wird.

Das heiß, wir brauchen etwas an der Flasche selbst (die Cola können und wollen wir nicht verändern), das die Ausdehnung und das Zusammenziehen der Cola nicht beeinflusst. Anders gesagt sollte es der Flasche egal sein, ob die sich Cola in Alaska zusammenzieht oder in Afrika ausdehnt.

Die Lösungen könnt Ihr auch selbst probieren. Ihr braucht nichts, als ein leeres Marmeladenglas, einen dazugehörenden Deckel, eine kleine Plastikflasche, zwei Luftballons und ein Gummiband.

Beweglicher Deckel
Als erstes könnte man zum Beispiel den Deckel der Cola Flasche aus einem weichen, elastischen Gummi herstellen. Man nennt dies auch eine Membran. Wenn sich die Cola ausdehnt, wäre der Gummi elastisch genug, um sich ebenfalls auszudehnen. Zieht sich die Cola zusammen, wird der Gummi durch den Druck ebenfalls in die Flasche hinein gedrückt.

Ihr könnt das selbst versuchen, indem ihr das Marmeladenglas mit Wasser füllt und aus einem Luftballon ein Stück herausschneidet und dies dann als Deckel benutzt. Zum verschließen könnt ihr das Gummiband um das Glas wickeln.
Nun könnt ihr die Bewegung des Deckels z.Bsp. im Kühlschrank oder auf dem Ofen beobachten.

Ball
Will der Firmenchef von Cola zum Beispiel keine weichen Deckel, könnte man auch einen kleinen, mit Luft gefüllten Ball (z.Bsp ein Tischtennisball) in die Cola Flasche geben und sie mit dem normalen Deckel verschließen.
Da Luft jedoch zusammengepresst (komprimiert), aber nicht vergrößert werden kann, würde sich die Flasche in Afrika verkaufen lassen (der die Luft im Ball wird bei Hitze zusammengepresst).

Doch was würde in Alaska passieren?

Die Cola zieht sich zusammen. Die Luft im Ball kann sich, wie wir bereits wissen, nicht vergrößern und der Ball würde platzen. Wir hätten somit wieder Luft in der Flasche.
Durch einen kleinen Trick beim Abfüllen jedoch könnten wir es trotzdem schaffen. Wenn es in Alaska zum Beispiel minus 20°C hat, so müssen wir die Cola einfach vor dem Verschließen auf minus 20°C abkühlen.
Was ist passiert? Die Cola zieht sich bei minus 20°C zusammen. Wir legen den Ball in die Flasche und verschließen diese. Wenn wir die Cola dann wieder aufwärmen, wird die Luft komprimiert. Je wärmer, desto kleiner wird der Ball.
In Alaska, bei minus 20°C, zieht sich die Cola wieder zusammen. Die zusammengepresste Luft im Ballon dehnt sich nun wieder so weit aus, wie sie zum Zeitpunkt des Abfüllens war. Da wir beim Abfüllen minus 20°C hatten und nun in Alaska auch wieder, ist die Luft im Ballon gleich groß wie beim Abfüllen.
Die Cola Flasche kann also nach Alaska und nach Afrika verkauft werden!!!

Ihr könnt dieses Experiment ganz einfach nachvollziehen, indem ihr das Marmeladenglas füllt, einen kleinen, mit Luft gefüllten Luftballon reinlegt und das Glas in den Kühlschrank stellt. Nehmt das Glas nach einer Stunde wieder heraus und verschließt es mit dem Deckel so, dass keine Luft mehr drinnen ist. Ihr müsst dabei noch etwas kaltes Wasser nachfüllen, da sich das Wasser im Kühlschrank ja zusammengezogen hat und das Glas somit nicht mehr ganz voll ist. In der Wärme werdet ihr sehen, dass der Luftballon kleiner wird. Stellt ihr das Glas nun wieder in der Kühlschrank, wird der Luftballon wieder gleich groß sein, wie beim abfüllen.


Somit haben wir es geschafft, eine Flasche Cola herzustellen, die bis zum Rand hin gefüllt ist und trotzdem nach Alaska und nach Afrika verkauft werden kann.
Jan Behrens
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Beitrag von Jan Behrens »

Ein schöner TExt, aber du hast vergessen, dass sich Wasser bei einter Temperatur unter +4°C wieder ausdehnt. Die Flasche würde als nicht wegen des Unterdrucks reißen (Glasflaschen halten das aus und PET dellt sich ein). Die Cola dehnt sich aus, und würde die Flasche zum Platzen bringen, was ja auch nicht selten passiert wenn man unbedingt schnell kalte Kohle in der GEfrierttruhe herstellen möchte.
Gast

Beitrag von Gast »

wer kan ma sagen why sich gummi ausdehnt?^^
el-haber
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Beitrag von el-haber »

HI,
zusammengefasst:
Die Colaflasche hat keinen elastischen Deckel, weil die Luftblase im Innern den Druck der sich verändernden Flüssigkeitsmenge (und die Kohlensäure) aufnehmen kann. Die das Volumen der Flasche ist um diese Luftblase größer dimensioniert.
CU
Stefano
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