Dampfkreisel

Der Dampfkreisel - ein per Dampf angetriebener Schwimmkreisel

  • ab 14 Jahre
  • Material: Kupfer, Kork
  • Maße Kreisel: ⌀ ca. 8 cm, Höhe ca. 8 cm
  • Gewicht: ca. 60 g
  • Lieferumfang: ein Bausatz

Bestell-Nr.:
FL05300

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5,90 €*

  • einfacher Bausatz
  • enthält eine Korkscheibe und ein Kupferrohr
  • Bauzeit nur ca. 15 Minuten
  • zeigt wie Dampfmaschinen funktionieren
  • demonstriert das Rückstoßprinzip und Impulserhaltung
  • ausführliche "Schritt-für-Schritt"-Anleitung

Der Dampfkreisel - eine urtümliche Dampfmaschine

Bewegung durch Druckunterschiede bzw. Dampf zu erzeugen ist eine ebenso einfache wie geniale Idee und sie reicht zurück bis zu den alten Griechen. Heron von Alexandrien hat bereits im ersten Jahrhundert n. Chr. erste Überlegungen zu diesem Thema angestellt und sie in seinem Werk Pneumatika festgehalten. Eine von ihm in diesem Zusammenhang erfundene Maschine war der Heronsball.

Der Heronsball oder Aeolipile arbeitete mit Wasserdampf, hatte jedoch noch keinerlei praktischen Nutzen. Er bestand aus einer horizontal drehbar gelagerten Kugel aus Metall mit zwei tangential angebrachten Düsen. Wurde in diese Kugel Dampf eingeleitet, begann sie sich zu drehen, wobei der Dampf durch die Düsen entwich (s. Video Nr. 2).

Auch aus dem hier gezeigten Dampfkreisel, ragen an der Unterseite der Korkscheibe zwei leicht gebogene Kupferrohre heraus, die jeweils in die entgegengesetzte Richtung zeigen. In das Kupferrohr bringt man Wasser ein. Wird das Teelicht entzündet, beginnt das Wasser zu kochen, Wasserdampf tritt an der Unterseite aus und der Dampfkreisel beginnt sich zu drehen.

Es ist kaum auszudenken, was geschehen wäre, wenn es Heron gelungen wäre, bereits damals Druckenergie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Bekanntermaßen machte die Erfindung der Dampfmaschine die industriellen Revolution in der bekannten Form überhaupt erst möglich, die ab der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts ihren Lauf nahm. Die Entwicklung der Dampfmaschine aber basiert auf den 1600 Jahre alten Erkenntnissen von Heron von Alexandrien.

Zur Physik des Dampfkreisels

Die Drehbewegung des Dampfkreisels lässt sich leicht erklären. Erhitzt sich das Wasser in dem Kupferröhrchen, so bildet sich Wasserdampf, der sich ausdehnt, kälteres Wasser aus dem Kupferröhrchen drückt, schließlich selbst den ins Wasser ragende und deshalb kühleren Teil des Kupferrohrs erreicht und aus diesem mit Schwung entweicht. Der noch im Rohr verbleibende Wasserdampf kondensiert schlagartig am kalten Metall, verliert an Volumen, sodass wieder kaltes Wasser angesaugt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich beständig.

Dieses Physikspielzeug zeigt dabei gut, was Impulserhaltung bedeutet. Unter Impuls versteht man das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit eines Körpers. Je größer die Masse und/oder die Geschwindigkeit, desto größer der Impuls. Dieser zählt, wie auch die Energie, zu einer der Erhaltungsgrößen der Physik. Das bedeutet: Wirken keine äußeren Kräfte, so bleibt der Impuls eines abgeschlossenen Systems unverändert, d.h. er ändert weder seine Richtung noch seinen Betrag. Befindet sich der Dampfkreisel also zu Beginn in Ruhe, so hat er den Impuls null. Wenn nun aber Wasser und Dampf aus den Röhrchen an der Unterseite des Dampfkreisel ausströmen muss dieser Impuls durch einen gleich großen entgegengesetzten Impuls ausgeglichen werden. Deshalb beginnt sich der Kreisel zu drehen.

Man nennt dies auch das Rückstoßprinzip. Es folgt direkt aus dem zweiten Newtonschen Axiom (actio = reactio).

Zu beachten ist dabei noch das Folgenden: Im Gegensatz zum ausströmenden Wasser hat das einströmende Wasser keine bestimmte Richtung. Daher existeriert ein Impuls auch nur in einer Richtung. Dies macht die folgende Grafik deutlich, die die Strömungsrichtung des Wassers zeigt.

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Video "Dampfkreisel"

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