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Experiment mit der Sprengkugel

Mit diesem Experiment wollen wir veranschaulichen, welche Kräfte beim Gefrieren von Wasser auftreten.

Juli 2021

Das Material

  • Stahl-Hohlkugel (Sprengkugel) m = 391,1 g Wandstärke 5 mm; Durchmesser = 59 mm; Innenvolumen = 61,6 cm³
  • Schraubverschluss für die Kugel m = 100,6 g; Durchmesser = 20 mm 
  • 300 g Kochsalz 
  • 900 g zerkleinertes Eis 
  • 1 altes Becherglas
  • Hammer zum Zerkleinern des Eises 
  • Handtuch zum Aufbewahren des Eises
  • Waage, Thermometer
  • 2 Kameras
  • Splitterschutzwand, Plexiglasplatte, 9 Schultische, Stativmaterial

 

 

  

Wasser ist ein besonderer Stoff, da die Dichte bei 4°C am höchsten ist, und wenn das Wasser gefriert sinkt die Dichte (siehe rechte Abbildung) und somit erhöht sich das Volumen um 10% (siehe linke Abbildung).  Quellen: [1]

Ausrichtung der Wassermoleküle (H2O-Dipole) bei warmem Wasser, kaltem Wasser sowie Eis. Quellen:[2]

 

 

Die Explosionsvideos (3 Filme in Playlist) Hier klicken!

 

Fotos: 

Aufbau des Experimentes

Aufbau des Experimentes

Materialien für die Kältemischung werden abgewogen: Eis und Salz

Materialien für die Kältemischung werden abgewogen: Eis und Salz

Einstellen der Frontkamera

Einstellen der Frontkamera

Der abgeschlossene Aufbau mit Sicherheitsvorkehrungen inklusive PVC-Platten und Strahlern

Der abgeschlossene Aufbau mit Sicherheitsvorkehrungen inklusive PVC-Platten und Strahlern

Seitenansicht des Aufbaus

Seitenansicht des Aufbaus

Offene Ansicht des Aufbaus

Offene Ansicht des Aufbaus

Wir füllen destilliertes Wasser vorgekühlt mit einer Temperatur von 9,8°C in die offene Sprengkugel

Wir füllen destilliertes Wasser vorgekühlt mit einer Temperatur von 9,8°C in die offene Sprengkugel

Die Zerkleinerung des Eises mit dem Hammer in einem Handtuch eingewickelt

Die Zerkleinerung des Eises mit dem Hammer in einem Handtuch eingewickelt

Wir stellen die Kältemischung von Eis und Salz her. Die mit Wasser gefüllte Sprengkugel ist mit dem Schraubbolzen fest verschraubt und liegt im Becherglas mit der Kältemischung.

Wir stellen die Kältemischung von Eis und Salz her. Die mit Wasser gefüllte Sprengkugel ist mit dem Schraubbolzen fest verschraubt und liegt im Becherglas mit der Kältemischung.

Temperatur der Eis-Salz-Kältemischung

Temperatur der Eis-Salz-Kältemischung

Während der Wartezeit von 17 Minuten bis zur Explosion wird mit 2 Smartphonekameras (vorne und oben) gefilmt.

Während der Wartezeit von 17 Minuten bis zur Explosion wird mit 2 Smartphonekameras (vorne und oben) gefilmt.

Die Verwüstung nach der Explosion von der Sprengkugel

Die Verwüstung nach der Explosion von der Sprengkugel

Die Vogelansicht der Verwüstung

Die Vogelansicht der Verwüstung

Die zerstörte Kugel nach der Explosion

Die zerstörte Kugel nach der Explosion

Rechts die zerstörte Sprengkugel nach der Explosion. Links eine weitere, noch intakte Sprengkugel zum Vergleich.

Rechts die zerstörte Sprengkugel nach der Explosion. Links eine weitere, noch intakte Sprengkugel zum Vergleich.