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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 17 Mai 2021 11:38 #84408

Beim Rumspielen mit Luftballons habe ich eine interessante Entdeckung gemacht.

Mit einem einfachen Experiment kann man die sogenannte elasto-kalorische Kühlung nachweisen!
Folgendes Experiment:

1. Man nehme ein handelsüblichen Luftballon
2. Dann zieht man ihn einfach so lang, bis kurz von dem reißen ist.
3. Nun hat sich der Luftballon sehr aufgeheizt.
4. Wir warten eine Zeit lang bis sich der gedehnte Ballon abgekühlt hat
5. Nach dem Entspannen des Luftballon fühlen wir, dass er unter die Raumtemperatur gefallen ist. Bei 20°C habe ich 15,8°C gemessen.

Erklärungsversuch:
Der Effekt wird wohl auf die Van-der-Waals-Kräfte innerhalb des Gummis zurück zu führen sein. Bei der Expansion wird den Molekülen die Möglichkeit genommen in Zugrichtung zu schwingen. Da die Energie erhalten bleiben muss, schwingen die Moleküle in den beiden freien Dimensionen um so heftiger. Dadurch heizt er sich auf und gibt die Schwingungsenergie, die in Zugrichtung gespeichert war, an die Umgebung ab. Bei der Kontraktion gibt man die Schwingung in Zugrichtung wieder frei. Wieder muss der Energieerhaltungssatz erhalten bleiben, die Wärme verteilt sich wieder auf alle Raumdimensionen.
Das führt dazu, dass der Temperatur unter die Umgebungstemperatur fällt!

Nach Recherche hat die aber schon jemand vor 200 Jahren entdeckt, auch gibt es verschiedene Bemühungen, den Effekt technisch anzuwenden.

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Letzte Änderung: von Georg. Grund: Rechtschreibfehler

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 18 Mai 2021 07:51 #84444

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Beim Rumspielen mit Luftballons habe ich eine interessante Entdeckung gemacht.

Mit einem einfachen Experiment kann man die sogenannte elasto-kalorische Kühlung nachweisen!
Folgendes Experiment:

1. Man nehme ein handelsüblichen Luftballon
2. Dann zieht man ihn einfach so lang, bis kurz von dem reißen ist.
3. Nun hat sich der Luftballon sehr aufgeheizt.
4. Wir warten eine Zeit lang bis sich der gedehnte Ballon abgekühlt hat
5. Nach dem Entspannen des Luftballon fühlen wir, dass er unter die Raumtemperatur gefallen ist. Bei 20°C habe ich 15,8°C gemessen.

Erklärungsversuch:
Der Effekt wird wohl auf die Van-der-Waals-Kräfte innerhalb des Gummis zurück zu führen sein. Bei der Expansion wird den Molekülen die Möglichkeit genommen in Zugrichtung zu schwingen. Da die Energie erhalten bleiben muss, schwingen die Moleküle in den beiden freien Dimensionen um so heftiger. Dadurch heizt er sich auf und gibt die Schwingungsenergie, die in Zugrichtung gespeichert war, an die Umgebung ab. Bei der Kontraktion gibt man die Schwingung in Zugrichtung wieder frei. Wieder muss der Energieerhaltungssatz erhalten bleiben, die Wärme verteilt sich wieder auf alle Raumdimensionen.
Das führt dazu, dass der Temperatur unter die Umgebungstemperatur fällt!

Nach Recherche hat die aber schon jemand vor 200 Jahren entdeckt, auch gibt es verschiedene Bemühungen, den Effekt technisch anzuwenden.


Hallo Georg, willkommen!
Ein Temperaturunterschied in so kurzer Zeit von fast 5°C ist erstaunlich, ich kann dir auf deine Frage keine Antwort geben aber ich möchte mich der Frage annähern, was eigentlich genau passiert, und dich etwas fragen...

Den Luftballon auf das Äußerste zu spannen, erfordert Energie, die Energie geht in den Gummi, dass geringfügig schwerer wird...
Der langgezogene Ballon, du bläst ihn ja nicht auf, nicht wahr, hat negativen Druck, weil du Arbeit aufgewendet hast, um es zu dehnen...
Wieso wird der Gummi beim dehnen so viel "heißer", das er anschließend nach einer "zeit lang - wie lang?) um 4,2°C abkühlt? Hast du das Experiment wiederholt? Die Ergebnisse waren wie? Wird nicht etwas heißer wenn man das Gegenteil von dehnen macht, also zusammendrücken?
Ich kann mir das nicht mit der Van-der-Waals-Kraft erklären, hoffen wir, die Physiker helfen dir, uns, weiter (ich interessiere mich für Astrophysik als Hobby).

PS Ich kenne genannten Kühleffekt nicht. Ich las ein wenig: wenn sog. Gedächtnismetalle verformt werden, ändert sich Kristallstruktur und Temperatur = Elastokalorischer Effekt – Kühlen mit Festkörpern www.pro-physik.de/nachrichten/elastokalo...len-mit-festkoerpern

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Letzte Änderung: von Mondlicht.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 18 Mai 2021 15:00 #84475

Verändert man beim Langziehen des Luftballons das Volumen des eingeschlossenen Gases?
Moderatoren Beiträge kennzeichne ich grün. Alle anderen Beiträge schreibe ich als normaler User, nicht als Moderator.

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 19 Mai 2021 07:47 #84551

Nein, an dem Effekt ist keine Luft beteiligt .. einfach mal ausprobieren!

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 21 Mai 2021 08:46 #84660

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Nein, an dem Effekt ist keine Luft beteiligt .. einfach mal ausprobieren!


ich möchte es gern ausprobieren, ist ja kein großes Ding: du dehnst einen Luftballon bis knapp zum Zerreißen und überprüfst die Temperatur des Material, Gummi, vorher und "nach einer Weile" mit einem entsprechend sensiblen "Zimmer"termometer(?) (mit welchem Thermometer, wie&wo misst du die Temperatur des Gummis?) -
bei diesem Vorgang, hast du einen für mich nicht zu erklärenden großen Temperaturunterschied festgestellt - habe ich die Bedingungen korrekt beschrieben?

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 21 Mai 2021 09:02 #84662

Hallo,
richtig beschrieben! Den Effekt kannst Du mit einfach mit der Oberlippe spüren, da merkst Du, dass die Temperatur unter der Raumtemperatur ist.

Gemessen habe ich den genau mit einer Thermokamera. Da war es deutlich zu sehen.

Der Effekt soll aber schon vor 200 Jahren beobachtet worden. Meiner Meinung ist das auch schon über die Verringerung der Freiheitsgrade im expandierten Zustand sehr schön zu erklären.

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Letzte Änderung: von Georg.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 21 Mai 2021 09:13 #84664

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Hallo,
richtig beschrieben! Den Effekt kannst Du mit einfach mit der Oberlippe spüren, da merkst Du, dass die Temperatur unter der Raumtemperatur ist.

Gemessen habe ich den genau mit einer Thermokamera. Da war es deutlich zu sehen.

Der Effekt soll aber schon vor 200 Jahren beobachtet worden. Meiner Meinung ist das auch schon über die Verringerung der Freiheitsgrade im expandierten Zustand sehr schön zu erklären.


Oberlippe? -
Ich weiß, dass Wärmebildkameras, Körpertemperatur im Gegensatz zur Außentemperatur farblich voneinander abheben...gut, man weiß, sieht die Kamera einen Menschen, hat der 36.6°C, zu den Enden seiner Extremitäten hin, ist es draußen kalt, weniger, statt leuchtend rot blasser dargestellt oder gelb. Aber er kann auch Fieber haben oder unterkühlt sein...? Aber davon abgesehen.
Ich werde berichten, wenn ich einen Luftballon habe, aber wie im Text beschrieben, scheint sich genannter Effekt auf bestimmte Metalle/Legierungen zu beziehen, nicht auf Luftballon...?
Ziehst du nicht in Betracht, dass dein Experiment weniger ein Wissenschaftliches war als eine bestimmte (Temperatur)-Wahrnehmung und Erwartungshaltung+-?

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 21 Mai 2021 09:38 #84667

In ihrer Oberlippe haben sie Rezeptoren, die sehr empfindlich auf Temperatur reagieren, sie spüren sofort, dass die Temperatur des Luftballon unter die Raumtemperatur gefallen ist. aber ich habe mit einer Thermokamera nachgemessen, und da war die Temperatur deutlich unter die Raumtemperatur gefallen.

Ein Luftballon kostet ja nicht viel, probieren Sie es einfach mal aus!

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Letzte Änderung: von Georg.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 21 Mai 2021 09:53 #84668

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In ihrer Oberlippe haben sie Rezeptoren, die sehr empfindlich auf Temperatur reagieren, sie spüren sofort, dass die Temperatur des Luftballon unter die Raumtemperatur gefallen ist. aber ich habe mit einer Thermokamera nachgemessen, und da war die Temperatur deutlich unter die Raumtemperatur gefallen.

Ein Luftballon kostet ja nicht viel, probieren sie es einfach mal aus!


Das die Lippen empfindlich sind, ist klar. Trotzdem denke ich, dass sie nur in einem bestimmten Temperatur-Rahmen feststellen können, ob es draußen-drinnen, kälter oder wärmer geworden ist und niemals auf 0,1°C genau - ganz abgesehen davon, das z.B. durch Alkohol die Gefäße erweitert werden und die Wahrnehmung dadurch verändert wird bedenke dabei auch die Subjektivität der Wahrnehmung und Erwartungshaltung - es gibt außerdem paradoxe auch falsch interpretierte Wahrnehmungen, so werden kalte Extremtemperaturen manchmal als heiß wahrgenommen und manche erfrierenden Menschen ziehen sich aus weil ihnen heiß ist...
Aber verstehen wir uns recht, du hast den fast 5°C großen Temperaturunterschied mit der Kamera durch Farbunterschied festgestellt bzw. deutlich an der Lippe, ja? Wie kommst du dann auf die Zahl des Temperaturunterschieds?
Ich glaube, ich habe mir - beinahe - einen Bären aufbinden lassen...

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Letzte Änderung: von Mondlicht.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 22 Mai 2021 09:40 #84751

Ich glaube, ich habe mir - beinahe - einen Bären aufbinden lassen...


Der Effekt ist real. Ich glaube jedenfalls J. Gaßner, wenn er das sagt und hier genau erklärt .
Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!
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Letzte Änderung: von Steinzeit-Astronom.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 22 Mai 2021 12:30 #84761

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Ich glaube, ich habe mir - beinahe - einen Bären aufbinden lassen...


Der Effekt ist real. Ich glaube jedenfalls J. Gaßner, wenn er das sagt und hier genau erklärt .


Das weiß ich nicht. Ich schrieb meinen letzten Satz nachdem plötzlich die erläuternden Erklärungen auf meine Fragen,abbrachen, wie die "Zahl 4,8°C" der Messung des Temperaturunterschiedes zu erklären ist, gemessen mit Wärmekamera bzw. "Lippe"...
ich schrieb das ja alles schon, den genannten Elastokalorischer Effekt kenne ich nicht und kann ich zumindest noch nicht beurteilen; bezieht er sich im link nicht auf Gedächtnismetall Kühlschränke?
Ich bin ja bereit das Experiment zu machen aber ich traue mir nicht zu, dass ich mit Lippe auf eine Stelle nach dem Komma genau messen kann...deshalb zwischenzeitlich die Lust verloren.
Für das Video meinen Dank!!! Vielleicht heute noch, sonst morgen...

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 23 Mai 2021 10:54 #84813

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Hi Mondlicht,

hier ein PDF zum Thema, welches plastisch erklärt wie der Vorgang zu verstehen:
www.conatex.com/media/experiments/VADE/V..._Entropiebegriff.pdf

Z.
"Die reinste Form des Wahnsinns ist es, alles beim Alten zu lassen und gleichzeitig zu hoffen, dass sich etwas ändert". Albert Einstein
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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 13:45 #84876

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Vielen Dank!
Es liegt ein Mißverständnis vor: ich leugnete nicht etwa den Effekt, den ich nicht kannte ABER gern kennenlernen und verstehen will! Deinen Link will ich deshalb lesen bzw. das Video sehen.
Ich wollte das vorgeschlagene Experiment des Threadautoren wiederholen und die Erläuterungen zu meinen Fragen hörten abrupt auf...
ich schrieb:
Das die Lippen empfindlich sind, ist klar. Trotzdem denke ich, dass sie nur in einem bestimmten Temperatur-Rahmen feststellen können, ob es draußen-drinnen, kälter oder wärmer geworden ist und niemals auf 0,1°C genau - ganz abgesehen davon, das z.B. durch Alkohol die Gefäße erweitert werden und die Wahrnehmung dadurch verändert wird bedenke dabei auch die Subjektivität der Wahrnehmung und Erwartungshaltung - es gibt außerdem paradoxe auch falsch interpretierte Wahrnehmungen, so werden kalte Extremtemperaturen manchmal als heiß wahrgenommen und manche erfrierenden Menschen ziehen sich aus weil ihnen heiß ist...
Aber verstehen wir uns recht, du hast den fast 5°C großen Temperaturunterschied mit der Kamera durch Farbunterschied festgestellt bzw. deutlich an der Lippe, ja? Wie kommst du dann auf die Zahl des Temperaturunterschieds?
Ich glaube, ich habe mir - beinahe - einen Bären aufbinden lassen...
-
Der letzte Satz war nicht böse gemeint und drückte aus:
ich schrieb:
Ich bin ja bereit das Experiment zu machen aber ich traue mir nicht zu, dass ich mit Lippe auf eine Stelle nach dem Komma genau messen kann...deshalb zwischenzeitlich die Lust verloren.

Dank noch mal an dich für die PDF Datei und an Steinzeit Astronom für das Video!!!

Zusammengefasst:
Ich kann immer noch nicht dass vorgestellte Experiment als Beispiel genannten Effekts, meine Frage, mit seinem vorgestellten Ergebnis in Einklang bringen, nicht mit der Lippen- bzw. Wärmekamera-Methode (eine solche Kamera besitze ich nicht): Das Ergebnis des eingangs beschriebenen Experimentes= 4,8°C Temperaturunterschied kann ich vielleicht mit einem speziellen Thermometer bestätigen, das Experiment wiederholend, mir ist es bis jetzt nicht gelungen und darum ging es mir.

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Letzte Änderung: von Mondlicht.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 15:28 #84880

@Mondlicht
Statt dir hier die Finger wund zu schreiben und Zitate zu wiederholen, hättest du einfach mal einen Luftballon zur Hand nehmen können oder die verlinkten Quellen kurz ansehen können. Das dauert auch nicht länger als deine missglückten Rechtfertigungsversuche hier zu verrfassen.

Die Quelle von Z. wäre in 2 Minuten gelesen und du wüsstest, dass sogar Kinder im Kindergartenalter das mit den Lippen deutlich wahrnehmen. Wieviel Grad oder Zehntelgrad genau ist doch völlig irrelevant. Ich hätte auf deine pedantischen Fragen auch nicht geantwortet. :P

SCNR
Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!

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Letzte Änderung: von Steinzeit-Astronom.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 15:58 #84881

Wie kann man sich nur so an Nebensächlichkeiten festhalten...
Steht doch da: Effekt qualitativ feststellbar mit Oberlippe und quantifizierbar mit Wärmebildkamera. Daran das die auf Zehntel genau messen kann hab ich keinen Zweifel.
Das sich Feststoffe beim verformen erwärmen ist bekannt, mit vielen Materialien nachvollziehbar und hat eine gemeinsame Ursache mit Ermüdungsbrüchen.

Viel spannender ist doch die Frage nach der Abkühlung wenn sich das Material wieder zusammenzieht.
Man könnte meinen das die in der mechanischen Spannung gespeicherte potentielle Energie frei wird und das Material erwärmen müsste...
assume good faith

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 17:25 #84886

Hallo Merilix,
es ist ja so, wenn ich den Ballon auseinander ziehe, dann leiste ich Arbeit, die in dem Gummi gespeichert wird. Eine ideale Stahlfeder wird nicht wärmer, wenn ich sie expandiere, die Energie ist in der Spannung gespeichert. Das Gummi wird aber wärmer, wenn ich dran ziehe. Ich erkläre mit das so, dass die Freiheitsgrade im Gummi eingeschränkt werden, die Energie, die in der Zugrichtung gespeichert ist, muss in die anderen beiden Raumachsen ausweichen. Deshalb erwärmt sich der Luftballon.
Wenn ich nach Temperaturausgleich den Ballon wird zusammenfallen lasse, dann geht die Spannungsenergie wieder, in diesem Fall meinem Muskel zurück. Aber jetzt ist die Raumachse in Dehnungsrichtung für Wärme wieder freigegeben, also verteilt sich die im Gummi verteilte Wärmeenergie wieder in alle drei Raumachsen, was für eine Abkühlung sorgt.
Der Energiefluss durch Ausdehnen und Zusammenziehen ist erst mal nicht (im idealen Falle) an der Wärmebilanz beteiligt.

Das ist allerdings so, wie ich mir das erkläre und muss nicht stimmen, bin ja als Elektroing. etwas fachfremt unterwegs

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Letzte Änderung: von Georg.

Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 18:19 #84888

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@Mondlicht
Statt dir hier die Finger wund zu schreiben und Zitate zu wiederholen, hättest du einfach mal einen Luftballon zur Hand nehmen können oder die verlinkten Quellen kurz ansehen können. Das dauert auch nicht länger als deine missglückten Rechtfertigungsversuche hier zu verrfassen.

Die Quelle von Z. wäre in 2 Minuten gelesen und du wüsstest, dass sogar Kinder im Kindergartenalter das mit den Lippen deutlich wahrnehmen. Wieviel Grad oder Zehntelgrad genau ist doch völlig irrelevant. Ich hätte auf deine pedantischen Fragen auch nicht geantwortet. :P

SCNR


-Das tat ich.
-Meine Lippen registrierten, aber das war ja nicht mein Punkt, siehe Zusammenfassung.
-Wenn andere Menschen das Thema/Experiment im Kindergartenalter erledigen, gut, dann hättest du eigentlich den Thread als überflüssig, nicht für dieses Forum geeignet empfinden müssen
-Was für dich irrelevant ist, muss es nun wirklich nicht für mich sein und wenn meine Fragen für dich pedantisch waren auf die sich zu antworten nicht lohnt, weil man es nicht erklären kann, ok, akzeptiert, so wichtig ist es nicht - aber einer Frage auf den Grund gehen zu wollen wenn ich es möchte, und sie gegen keine Forenregel verstößt, muss eigentlich wirklich nicht von anderen auf meine Motivation hin beurteilt werden - aber danke für deine Stellungnahme. Ich werde das Thema nicht weiter "von kleinlicher übertriebener Genauigkeit" verfolgen, denn ich habe bereits abschließend festgestellt, das ich das Ergebnis von 4,8°C nicht bestätigen kann und damit ist das Thema für mich bereits erledigt gewesen und hiermit auch meine Antwort auf deine wertenden Hinweise.

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 18:23 #84889

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Wie kann man sich nur so an Nebensächlichkeiten festhalten...
Steht doch da: Effekt qualitativ feststellbar mit Oberlippe und quantifizierbar mit Wärmebildkamera. Daran das die auf Zehntel genau messen kann hab ich keinen Zweifel.
Das sich Feststoffe beim verformen erwärmen ist bekannt, mit vielen Materialien nachvollziehbar und hat eine gemeinsame Ursache mit Ermüdungsbrüchen.

Viel spannender ist doch die Frage nach der Abkühlung wenn sich das Material wieder zusammenzieht.
Man könnte meinen das die in der mechanischen Spannung gespeicherte potentielle Energie frei wird und das Material erwärmen müsste...


Natürlich ist das genau messbar, nur nicht wie beschrieben, thats it.
Der Effekt wird auch bei Metallen beobachtet und wurde in meinem Link mit Gedächtnismetalle verwendbar für Kühlschränke beschrieben, sehr interessant.

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 21:51 #84900

Natürlich ist das genau messbar, nur nicht wie beschrieben, thats it.

Der Effekt ist nicht mit Thermokamera messbar?

Gemessen habe ich den genau mit einer Thermokamera. Da war es deutlich zu sehen.

assume good faith

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Physik mit Luftballons: Der Luftballon-Kühler! 24 Mai 2021 23:10 #84902

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Natürlich ist das genau messbar, nur nicht wie beschrieben, thats it.

Der Effekt ist nicht mit Thermokamera messbar?


Ich kenne Wärmebildkameras nicht von eigenem Gebrauch. Soviel ich weiß, werden sie häufig benutzt, um Menschen im Freien aufzuspüren, vorausgesetzt, die Körpertemperatur weicht signifikant von der Umgebungstemperatur ab, dann sieht man in einem solchen Fall die Körpertemperatur rot dargestellt im Gegensatz die Umgebungstemperatur gelb. Sonst kann ich nichts über solche Kameras sagen, ich weiß nicht wie sensibel die Kameras sind und ob sie unabhängig von Farbdarstellungen auch die Temperatur des Ballons vorher und den Temperaturunterschied nachher in Grad Celsius ausdrücken können.

Gemessen habe ich den genau mit einer Thermokamera. Da war es deutlich zu sehen.


Das hatte ich gelesen. Ich habe wie gesagt keine solche Kamera und wollte ein Thermometer benutzen und nahm an, Georg hätte auch eines benutzt und könne mir sagen, welche Art Thermometer dafür geeignet ist. Mein Zimmerthermometer zeigte natürlich die Zimmertemperatur an, war aber für das Experiment nicht geeignet& wie sich herausstellte auch kein Fieberthermometer, so dass ich mich anschließend begnügte, nur den Effekt als solchen sinnlich wahrnehmen zu können und nicht was ich eingangs hoffte, den Temperaturunterschied in Grad Celsius messen zu können wie Georg und was wie ich wagte zu behaupten, nicht funktioniert.
Wenn ich jemanden beleidigt habe und zu pedantisch war wie Steinzeit-Astronom mir vorwarf, entschuldige ich mich: tut mir leid, dass ich nachfragte, mir war nicht klar, ich war ganz arglos, dass meine Nachfrage nicht nur nicht auf "Gegenliebe" stößt, sondern unangebracht war, anscheinend.

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