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 Wasser fließt bergauf |
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chryso
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 |      Beitrag No.40, eingetragen 2012-07-22 16:23
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Da ist eben ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Regentonnenmodell und einer Versuchsanordnung, wo ein Schlauchende ins 'Freie' geht.
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Die deutsche Rechtschreibung ist Freeware, sprich, du kannst sie kostenlos nutzen.
Allerdings ist sie nicht Open Source, d.h. du darfst sie nicht verändern oder in veränderter Form veröffentlichen.
[ Nachricht wurde editiert von chryso am 22.07.2012 16:25:01 ]
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Knaaxx
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 | Beitrag No.41, eingetragen 2012-07-22 16:40
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Hallo
Ich habe den Versuch vereinfacht.
Bei welcher Gewichtsmasse G in kg reißt die Wassersäule im Zylinder, indem sie entweder in sich reißt oder von der Zylinderwandung ablöst und dadurch zusammenbricht.
Neben den angegebenen Spezialeigenschaften hat das Super Wasser die sonst üblichen Eigenschaften.
Ich werde das Bild etwas verkleinert nachliefern (Edit (fru): Hab's mal auf 600 px Breite reduziert)
[ Nachricht wurde editiert von fru am 22.07.2012 19:00:55 ]
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[ Nachricht wurde editiert von Knaaxx am 22.07.2012 20:07:12 ]
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matph
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 | Beitrag No.42, eingetragen 2012-07-22 17:17
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Hallo,
2012-07-22 16:21 - chryso in Beitrag No. 39 schreibt:
2012-07-22 16:08 - Knaaxx in Beitrag No. 38 schreibt:
Der Schlauch entleert sich nicht bei einer Dampfblase. Bei einer genügend großen Blase sackt das Spiegelniveau sofort auf Luftdruckhöhe in beiden Schlauchteilen (Ruhezustand unterstellt). Und was ist dann im Schlauch?
Luft? Woher sollte die kommen?
Die beiden Schlauchenden sind ja in Wasser getaucht.
Keine Luft? (In einem Schlauch, der genug Steifigkeit hat oder in einem Rohr)?
Es befindet sich natürlich keine Luft im Schlauch, sondern weiterhin nur Wasser, allerdings zum Teil in der Form von Gas. Der Druck hängt dabei von der Temperatur ab, es wird allerdings auf jeden Fall zu einem Druck kleiner dem Luftdruck (auch als Vakuum bezeichnet) kommen, bei 20°C werden es eben 2340Pa sein.
Der Wasserspiegel wird also nicht auf Luftdruckhöhe sondern deutlich darüber liegen 
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mfg
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Knaaxx
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| Beitrag No.43, eingetragen 2012-07-22 17:33
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2012-07-22 17:17 - matph in Beitrag No. 42 schreibt:
Der Wasserspiegel wird also nicht auf Luftdruckhöhe sondern deutlich darüber liegen :-)
--
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matph
Hier scheint mir ein Missverständnis im Spiel. Ich messe die Höhe als Differenz, Spiegel Tonne zu Spiegel im Rohr.
Eine ausreichende Dampfblase im Gipfel reicht und es sackt schlagartig von z.B. 20 mtr ursprüngliche Gesamthöhe auf Luftdruckhöhe ab. Das ist völlig unabhängig von der Geschwindigkeit einer Wasserdampfbildung.
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matph
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| Beitrag No.44, eingetragen 2012-07-22 17:47
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Hallo,
2012-07-22 17:33 - Knaaxx in Beitrag No. 43 schreibt:
Hier scheint mir ein Missverständnis im Spiel. Ich messe die Höhe als Differenz, Spiegel Tonne zu Spiegel im Rohr.
Eine ausreichende Dampfblase im Gipfel reicht und es sackt schlagartig von z.B. 20 mtr ursprüngliche Gesamthöhe auf Luftdruckhöhe ab. Das ist völlig unabhängig von der Geschwindigkeit einer Wasserdampfbildung.
Vielleicht wäre es gut, den Begriff Luftdruckhöhe zu erläutern...
Doch es gilt: Spiegel in der Tonne ungleich Spiegel im Rohr
--
mfg
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Knaaxx
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| Beitrag No.45, eingetragen 2012-07-22 18:17
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"Luftdruckhöhe" ist doch ein verständlicher Begriff in dem Umfeld dieser Diskussion.
Das ist die dem Luftdruck entsprechende Höhe einer Wassersäule die eben auch diesen Druck am Boden erzeugt. Völlig analog zu den ca 760mm Höhe einer Quecksilbersäule die eben auch genau diesen Druck (760 Torr) darstellt.
Beim Wasser sind es etwa 10 mtr..
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Knaaxx
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| Beitrag No.46, eingetragen 2012-07-22 18:38
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2012-07-22 16:21 - chryso in Beitrag No. 39 schreibt:
2012-07-22 16:08 - Knaaxx in Beitrag No. 38 schreibt:
Der Schlauch entleert sich nicht bei einer Dampfblase. Bei einer genügend großen Blase sackt das Spiegelniveau sofort auf Luftdruckhöhe in beiden Schlauchteilen (Ruhezustand unterstellt).
Und was ist dann im Schlauch?
Luft? Woher sollte die kommen?
Die beiden Schlauchenden sind ja in Wasser getaucht.
Keine Luft? (In einem Schlauch, der genug Steifigkeit hat oder in einem Rohr)?
Da braucht es keine neue Luft im Schlauch, nichtmal weiteren Wasserdampf braucht es. Es wird einfach zusätzlicher leerer Innenraum generiert, soviel, dass die Wassersäule vom äußeren Luftdruck getragen wird. Das ist im Kern alles. (Natürlich wird der Raum sofort von den schon vorhandenen Gas der Dampfblase ausgefüllt, Verdünnung. Im Fortgang kommt dann weiteres Wassergas (Siedevorgang) hinzu. Das hat zusätzliche Wirkung aüf die Höhe der Wassersäule, die sinkt weiter ab. Zugeich steigt dadurch im Rohrgipfel der Druck und wenn dieser dem Wasserdampfsättigungsdruck entspricht ist Gleichgewichtszustand erreicht)
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DrStupid
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| Beitrag No.47, eingetragen 2012-07-22 18:43
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2012-07-22 15:16 - chryso in Beitrag No. 37 schreibt:
Stellen wir uns einmal vor, in dem Gartenschlauch ist an der höchsten Stelle eine Luftblase.
Auch bei einem System, das weniger als 10m hoch ist.
Nach der nun geltenden Theorie, müsste sich der Schlauch entleeren.
Solange beide Schlauenden unter der Wasseroberfläche hängen, entleert sich da nichts. Wenn die Blase groß genug ist, könnte es höchstens passieren, dass das System in einem stabilen Gleichgewicht stehen bleibt, bei dem die Flüssigkeitssäulen auf beiden Seiten gleich lang sind.
Hängt eines der beiden Schlauchenden im Freien und ist die Blase so groß, dass die Gesamtlänge der Wassersäule auf dieser Seite kürzer wird als auf der anderen, dann entleert sich der Schlauch über das andere Ende. Ist die Blase so klein, dass das nicht passiert, dann wird die Blase einfach mit durchgesaugt.
Bei alldem ist natürlich zu beachten, dass die Größe der Blase vom Druck abhängt. Während sie im Schlauch aufsteigt, vergrößert sie sich durch Ausdehnung des bereits vorahndenen Gases sowie durch Ausgasen von Luft und Verdampfung von Wasser. Beim Unterschreiten des Wasserdampfdruckes geht das Volumen gegen unendlich.
Bei c) müsste ein Vakuum entstehn (woher sollte die Luft kommen?)
Davon abgesehen, dass man für Vakuum keine Luft braucht, entsteht da streng genommen kein Vakuum, sondern Wasserdampf, aber an dem dafür notwendigen Wasser besteht ja kein Mangel.
[Die Antwort wurde nach Beitrag No.44 begonnen.]
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Knaaxx
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| Beitrag No.48, eingetragen 2012-07-22 18:47
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2012-07-22 16:23 - chryso in Beitrag No. 40 schreibt:
Da ist eben ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Regentonnenmodell und einer Versuchsanordnung, wo ein Schlauchende ins 'Freie' geht.
[ Nachricht wurde editiert von chryso am 22.07.2012 16:25:01 ]
Das unterscheidet sich im Kern nur wenig von der Variante mit offenem Auslauf am einem Ende. Hier muss entweder immer ausreichende Fließgeschwindigkeit anliegen, ODER der Rohrdurchmesser muss am Auslauf (das reicht) so gering sein, dass keine Luft am offenen Ausgang eintreten kann. Geschätzt sind das etwa 2 Millimeter.
[Die Antwort wurde nach Beitrag No.46 begonnen.]
[ Nachricht wurde editiert von Knaaxx am 22.07.2012 18:52:39 ]
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matph
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| Beitrag No.49, eingetragen 2012-07-22 18:53
|
Hallo,
Hm...
Wenn ich dich recht verstehe:
Unter der Definition von Luftdruckhöhe, dass es sich um jene Höhe handelt, bei der der statische Druck, der von einer Wassersäule erzeugt wird gleich dem Luftdruck ist, d.h. auf Meereshöhe z.B. 10.332m gilt:
Der Wasserspiegel wird nicht auf Luftdruckhöhe sondern darunter liegen.
Bei deinem Experiment läuft es wohl auf die Zugfestigkeit von Wasser hinaus, wenn wir von den in Beitrag No.20 stehenden 3MPa ausgehen, entspricht dies einer Kraft von 3000N. Diese Gewichtskraft würde bei einer Masse von 305.9kg auftreten
--
mfg
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[Die Antwort wurde nach Beitrag No.45 begonnen.]
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chryso
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| Beitrag No.50, eingetragen 2012-07-22 18:56
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2012-07-22 17:17 - matph in Beitrag No. 42 schreibt:
Hallo,
2012-07-22 16:21 - chryso in Beitrag No. 39 schreibt:
2012-07-22 16:08 - Knaaxx in Beitrag No. 38 schreibt:
Der Schlauch entleert sich nicht bei einer Dampfblase. Bei einer genügend großen Blase sackt das Spiegelniveau sofort auf Luftdruckhöhe in beiden Schlauchteilen (Ruhezustand unterstellt). Und was ist dann im Schlauch?
Luft? Woher sollte die kommen?
Die beiden Schlauchenden sind ja in Wasser getaucht.
Keine Luft? (In einem Schlauch, der genug Steifigkeit hat oder in einem Rohr)?
Es befindet sich natürlich keine Luft im Schlauch, sondern weiterhin nur Wasser, allerdings zum Teil in der Form von Gas. Der Druck hängt dabei von der Temperatur ab, es wird allerdings auf jeden Fall zu einem Druck kleiner dem Luftdruck (auch als Vakuum bezeichnet) kommen, bei 20°C werden es eben 2340Pa sein.
Ja, so könnte es sein.
Bisher war meine Vorstellung von Wasserdampf so, dass der in der Luft sei.
Man hat also ein gewisses Volumen, das dann nur aus Wasserdampf besteht?
In der Schule haben wir glernt, dass der Siedepunkt für Wasser auf dem Berg (niedriger Luftdruck) niederer sei als auf Meereshöhe.
Kann man sich das so vorstellen: Das Wasser ist bestrebt, hinunterzusinken, dabei entsteht ein Unterdruck, wodurch sich Wasserdampf bildet?
Der Wasserspiegel wird also nicht auf Luftdruckhöhe sondern deutlich darüber liegen
Wie sieht das dann aus, wenn der Wasserspiegel in der rechten Tonne höher als in der linken ist?
Wie ist das Wasserniveau im Schlauch?
a) Gleich hoch?
b) Ich schätze, dass die Wassersäule in beiden Schlauchteilen gleich groß ist, dass also das Wasserniveau im rechten Schlauchteil höher ist.
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Die deutsche Rechtschreibung ist Freeware, sprich, du kannst sie kostenlos nutzen.
Allerdings ist sie nicht Open Source, d.h. du darfst sie nicht verändern oder in veränderter Form veröffentlichen.
[Die Antwort wurde nach Beitrag No.42 begonnen.]
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Hellfish
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| Beitrag No.51, eingetragen 2012-07-22 19:01
|
Diskussion schön und gut, aber ohne DGL mit zugehöriger Lösung glaube ich garnichts
MFG Hellfish
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Knaaxx
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| Beitrag No.52, eingetragen 2012-07-22 19:06
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2012-07-22 18:53 - matph in Beitrag No. 49 schreibt:
Hallo,
Hm...
Wenn ich dich recht verstehe:
Unter der Definition von Luftdruckhöhe, dass es sich um jene Höhe handelt, bei der der statische Druck, der von einer Wassersäule erzeugt wird gleich dem Luftdruck ist, d.h. auf Meereshöhe z.B. 10.332m gilt:
Der Wasserspiegel wird nicht auf Luftdruckhöhe sondern darunter liegen.
Klar liegt der darunter, das ist der Einfachheit wegen von mir vernachlässigt.
Bei deinem Experiment läuft es wohl auf die Zugfestigkeit von Wasser hinaus, wenn wir von den in Beitrag No.20 stehenden 3MPa ausgehen, entspricht dies einer Kraft von 3000N. Diese Gewichtskraft würde bei einer Masse von 305.9kg auftreten :-)
--
mfg
matph
[Die Antwort wurde nach Beitrag No.45 begonnen.]
Das ist mir klar, hatte ich gestern schon ausgerechnet (jene 30*10 mtr.). Was mich viel mehr interessiert ist, ob es nicht vorher schon zu einer Ablösung der Säule von der Zylinderwand kommt. Sind die dazu nötigen Kräfte etwa höher?
[Die Antwort wurde vor Beitrag No.1 begonnen.]
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chryso
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| Beitrag No.53, eingetragen 2012-07-22 19:10
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2012-07-22 18:43 - DrStupid in Beitrag No. 47 schreibt:
Bei c) müsste ein Vakuum entstehn (woher sollte die Luft kommen?)
Davon abgesehen, dass man für Vakuum keine Luft braucht, ...
Das hast du falsch verstanden.
Es ist mir klar, dass man für Vakuum keine Luft braucht.
Es war gemeint:
Bei c) müsste ein Vakuum entstehn, denn Luft kann es nicht sein, denn woher sollte die kommen.
Dass Wasserdampf allein (das heißt ohne Luft) einen Raum füllen kann, war mir nicht bewusst.
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[Die Antwort wurde nach Beitrag No.50 begonnen.]
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Knaaxx
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| Beitrag No.54, eingetragen 2012-07-22 19:25
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2012-07-22 18:56 - chryso in Beitrag No. 50 schreibt:
Kann man sich das so vorstellen: Das Wasser ist bestrebt, hinunterzusinken, dabei entsteht ein Unterdruck, wodurch sich Wasserdampf bildet?
Nicht ganz richtig, Der äußere Luftdruck in der Regentonne drückt das Wasser im Schauch nach oben, deswegen ist spätestens bei der berüchtigten "Luftdruckhöhe" Schluss. Es gibt kein Sog oder sowas von der anderen Seite. Der "leere Raum" oben kann keine "Kräfte unter Null" übertragen. Weil der Raum zuvor ausgefüllt war und nun "leer" ist herrscht dort ein Druck von Null in direkter zeitlicher Folge (natürlich nicht genau Null weil die schon vorhandenen Gase dabei unterschlagen wurden)
Das verstärkt den Siedevorgang des Wassers, weitere Gasbildung usw.
Der Wasserspiegel wird also nicht auf Luftdruckhöhe sondern deutlich darüber liegen :-)
Das ist ein Missverständnis (siehe weiter oben)
Wie sieht das dann aus, wenn der Wasserspiegel in der rechten Tonne höher als in der linken ist?
Wie ist das Wasserniveau im Schlauch?
a) Gleich hoch?
b) Ich schätze, dass die Wassersäule in beiden Schlauchteilen gleich groß ist, dass also das Wasserniveau im rechten Schlauchteil höher ist.
b ist Richtig.
[Die Antwort wurde nach Beitrag No.52 begonnen.]
[ Nachricht wurde editiert von Knaaxx am 22.07.2012 20:25:46 ]
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Wauzi
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 | Beitrag No.55, eingetragen 2012-07-22 22:20
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@chryso: Du kannst das Ganze an der Schule leicht ausprobieren:
Leihe Dir von den Physikern einen etwa 12m langen durchsichtigen Schlauch, fülle ihn (zB durch Untertauchen in einer großen, mit Wasser gefüllten Schüssel) komplett mit Wasser und verschließe ein Ende des Schlauchs. (Die Physiker haben hierfür geeignete Klemmen).
Dann tauchst Du das offene Ende in einen mit Wasser gefüllten Papierkorb. Aber dabei darf keine Luft in den Schlauch kommen!!!.
Jetzt schnappst Du Dir ein paar Schüler, die das alles in das unterste Geschoß des Treppenhauses der Schule tragen. Ein Schüler wird dazu verdonnert, das offene Ende des Schlauchs, das im Papierkorb ist, festhalten. Andere Schüler tragen den Schlauch von der Treppe durch den freien Raum im Treppenhaus zwischen den Treppen nach oben. Wenn Du der 10m Marke nahe kommst, sieht man deutlich Blasen aufsteigen, dh. das Wasser siedet. Ab jetzt steigt der Wasserspiegel trotz Höherziehen des Schlauchs nur noch ganz langsam und kurz danach praktisch nicht mehr. Weiteres Höherziehen des Schlauchs führt noch zu geringer Dampfblasenbildung. Über der Wasseroberfläche ist ein stark verdünntes Wassergas, allerdings in der Regel mit Luft vermischt, die vorher im Wasser gelöst war.
Gehst Du mit dem Schlauch wieder nach unten verschwindet der Gasraum über dem Wasser, zumindest dann, wenn er keine Luft enthalten hat. Bleibt eine Gasblase, besteht sie nur noch aus der Luft, die vorher im Wasser gelöst war und nicht wieder in Lösung übergegangen ist.
Gruß Wauzi
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DrStupid
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| Beitrag No.56, eingetragen 2012-07-22 22:27
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2012-07-22 22:20 - Wauzi in Beitrag No. 55 schreibt:
Bleibt eine Gasblase, besteht sie nur noch aus der Luft, die vorher im Wasser gelöst war und nicht wieder in Lösung übergegangen ist.
Die Luft kann man vorher rauskochen.
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chryso
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Aus: Österreich
| Beitrag No.57, eingetragen 2012-07-22 23:15
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@Knaaxx, Wauzi, DrStupid
Danke für eure Ausführungen.
Ich finde das alles sehr interessant.
Obwohl ich dieses Winkelheberprinzip mehrmals wöchentlich verwende, habe ich mir noch nie Gedanken darüber gemacht, dass das ab einer gewissen Höhe nicht mehr funktionieren könnte. Naja, die Höhen, die ich überwinden muss, sind maximal 1,5 m. 
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Dixon
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Aus: wir können alles, außer Flughafen, S-Bahn und Hauptbahnhof
 | Beitrag No.58, eingetragen 2012-07-23 17:20
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Hallo zusammen,
hier ist mittlerweile ein wenig Unübersichtlichkeit eingekehrt...
Die üblichen 10 m maximale Höhe habe ich bereits in meinem Beitrag weiter oben ausgeschlossen. Sie beruhen auf dem üblichen Pumpvorgang: aus einem Rohr wird die Luft herausgesaugt. Der Luftdruck schiebt dann das Wasser unten ind as Rohr hinein. Wenn das Wasser schwerer wird als die Luft, kann man nicht mehr pumpen.
Jede Flüssigkeit hat einen sogenannten Dampfdruck. Dieser ist temperaturabhängig. Er bedeutet schlicht und ergreifend, daß jede Flüssigkeit immer ein wenig verdampft. Die Flüssigkeitsmoleküle sind nicht statisch miteinander verbunden. Ihre Energieverteilung ist maxwellsch, und daher sind immer ein paar Moleküle energiereich genug, um dem Verband zu entwischen. Daher trocknet Wäsche. Das geht sogar mit Festkörpern, daher trocknet Wäsche bei Frost. Über einer Flüssigkeit gibt es daher kein Vakuum. Natürlich gibt es Wasserdampf ohne Luft. Der Witz ist, der ist unsichtbar. Es ist Wasser in seinem gasförmigen Aggregatzustand. Das gibt es auch bei hohen Temperaturen und wird in der Technik Heißdampf genannt.
Die Siedetemperatur ist druckabhängig. Im Hochgebirge kann man keine Eier kochen. In der Nähe des Vakuums liegt die Siedetemperatur glaube ich bei so um die 20°C. Daher ist ein Vakuum z.B. für Raumfahrer gefährlich: ohne Luft hält man es vielleicht noch ein bischen aus, aber das Blut beginnt sofort zu kochen.
Über dem leeren Raum in Quecksilberbarometern befindet sich auch kein Vakuum, sondern Quecksilberdampf.
Nun zum Heber.
Erster Witz: man kann einen über 10m hohen Heber nicht durch Abpumpen füllen. Siehe oben. Man kann nur Wasser durchdrücken. Für nichtsaugende Pumpen gilt die 10m-Grenze nicht.
Zweiter Witz: bei über 20°C funktioniert dieser Riesenheber auch nicht. Es bildet sich Wassergas und unterbricht den Zusammenhelt der Flüssigkeit.
Nachdem ich mich erstmal über Knaaxx Einwand wunderte, glaube ich ihn nun begriffen zu haben. Die Rohrwand spielt physikalisch keine Rolle. Es geht nur um den Zusammenhang der Wassermoleküle untereinander. Löste sich das Wasser von der Rohrwand, bildete sich ein "leerer Raum" - was soll dahin eindringen? Wenn die Bedingungen für Wassergasbildung nicht gegeben sind und von unten keine Luft eindringen kann, dann passiert nichts. Also bleibt das Wasser an der Wand, egal wie die geformt oder ob sie hydrophil oder -phob ist. Der Heber funktioniert nicht nach dem Kapillarprinzip. Der Durchmesser des Rohres ist nicht entscheidend. Was aber sein könnte, ist, daß sich in der Rohrstruktur Gasreste (Luft) befinden. Das ist natürlich ein Problem, diese Bläschen dehnen sich aus und können die Wassersäule unterbrechen. Das hat nur nichts mit dem Heberprinzip zu tun, sondern ist ein technisches Problem: die Rohrwände müssen frei von störenden Anhaftungen sein.
Über die Frage, was passiert, wenn da warum auch immer weiter oben im Rohr eine Blase auftritt, habe ich noch nicht weiter nachgedacht... Aber "nichts" kann keine Kräfte übertragen und in diesem Fall wirkt auf beide Enden des Hebers der Luftdruck. Ich schließe mich daher der Intepretation an, daß in diesem Fall auf beiden Seiten des Hebers eine 10m hohe Wassersäule stehen bleibt mit "nichts" dazwischen.
Grüße
Dixon
[ Nachricht wurde editiert von Dixon am 23.07.2012 20:58:25 ]
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Knaaxx
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| Beitrag No.59, eingetragen 2012-07-23 22:49
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"Das mit der Rohrwand", spielt "keine" Rolle bei Höhen unter 10 mtr. Aber bei Höhen darüber, könnte es zum Tragen kommen. Sieh mein Versuchsaufbau. Wenn das Wasser, z.B. wegen ungeeignetem Rohrmaterial schon frühzeitig (bevor es innerlich reißt) von der Wand lösen könnte, würden weniger als 300 kg Gewichtsmasse ausreichen um das aufzubrechen. Im Heberrohr, bei weit über 10 mtr, wäre das Problem ebenfalls vorhanden.
Da hierzu nichts geläufiges bekannt zu sein scheint, gehe ich davon aus, dass die dazu nötigen Kräfte über den Wasserinneren kritischen Kräften liegen und deswegen nicht zu tragen kommen können, bei üblichen Materialien.
[ Nachricht wurde editiert von Knaaxx am 23.07.2012 22:53:10 ]
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Link | | Folgende Antworten hat der Fragesteller vermutlich noch nicht gesehen. |
chryso
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| Beitrag No.60, eingetragen 2012-07-24 03:06
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2012-07-23 22:49 - Knaaxx in Beitrag No. 59 schreibt:
Im Heberrohr, bei weit über 10 mtr, wäre das Problem ebenfalls vorhanden.
Jetzt bin ich erst verwirrt:
Da dachte ich nun, dass das Winkelheberprinzip (bei uns heißt das so, bei euch vielleicht nur 'Heberprinzip'?) nur bis eine Höhe von 10 m funktioniert.
Was gilt nun:
1) Das Winkelheberprinzip funktioniert bis zu einer Höhe von 10 m.
Bei größeren Höhen 'zerreißt' die Wassersäule.
Die Wassersäulen sinken auf eine Höhe von ca 10m (Hängt von der Temperatur, von der Seehöhe, etc. ab)
2) Es sind größere Höhen (bis 300m??) möglich.
3) Das Wasser reißt auch bei größeren Höhen nicht, aber es fließt kein Wasser (auch nicht, wenn eine Regentonne ein niedrigeres Wasserniveau hat.)
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matph
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| Beitrag No.61, eingetragen 2012-07-24 05:31
|
Hallo,
2 trifft zu
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Knaaxx
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| Beitrag No.62, eingetragen 2012-07-24 12:50
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2012-07-24 03:06 - chryso in Beitrag No. 60 schreibt:
Jetzt bin ich erst verwirrt:
Da dachte ich nun, dass das Winkelheberprinzip (bei uns heißt das so, bei euch vielleicht nur 'Heberprinzip'?) nur bis eine Höhe von 10 m funktioniert.
Was gilt nun:
1) Das Winkelheberprinzip funktioniert bis zu einer Höhe von 10 m.
Bei größeren Höhen 'zerreißt' die Wassersäule.
Die Wassersäulen sinken auf eine Höhe von ca 10m (Hängt von der Temperatur, von der Seehöhe, etc. ab)
2) Es sind größere Höhen (bis 300m??) möglich.
3) Das Wasser reißt auch bei größeren Höhen nicht, aber es fließt kein Wasser (auch nicht, wenn eine Regentonne ein niedrigeres Wasserniveau hat.)
Die idealisierte geschlossene! Wassersäule ((Super Wasser) Rohrwandmaterial muss das Spiel ebenfalls mitspielen) reißt erst (Werte von trek) bei ca 300 mtr. In diesem idealisierten!! Fall läuft es auch von der einen Regentonne in die andere falls ein Ausgleich nötig ist.
In der Praxis wird das nicht funktionieren.
Im Ruherzustand nicht, weil nach sehr kurzer Zeit die Säule wegen Gasbildung reißt und in kurzer Zeitfolge beide Säulen auf theoretisch etwa 10 mtr. jeweilige Flüssigkeitshöhe abstürzen. In der Praxis stürzen sie tiefer ab, evtl entleeren sie sich sogar kurzfristig und füllen sich wieder (Regentonnen) auf knapp 10 mtr. (hängt von der Geschwindigkeit der abstürzenden Säule ab und das hängt vom Rohrdurchmesser und der Wandbeschaffenheit ab)
Im bewegten Zustand (mit freiem Auslauf) wird es in dieser Höhe nicht funktionieren weil die Fließbeschwindigkeit, wohl in keinem Fall ausreichen dürfte um die Gasbildung neutralisieren zu können. Bei extrem dünnem Rohr ist die Fießgeschw. sehr begrenzt und bei größeren Querschnitten dürfte sich das Gas besser im Gipfel ansammeln und halten können (andererseits wird das Gas bei dünnem Rohr sicherer mitgerissen ..., und beim dickeren Rohr wird es durch höhere Fließgeschwindigkeiten besser zerrissen und mitgerissen. Das müsste genau untersucht werden)
Im Regentonnenfall sieht es eher noch schlechter aus, weil die Fließgeschwindigkeit hier nur bei extrem dünnem Rohr auf ihr Maximum ansteigen kann.
[ Nachricht wurde editiert von Knaaxx am 24.07.2012 12:58:53 ]
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chryso
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| Beitrag No.63, eingetragen 2012-07-24 13:19
|
Danke.
Sehr gut erklärt.
Ist ja eigentlich nur theoretisch interessant. Denn in der Praxis muss man diese Höhen kaum überwinden.
Mir fällt gerade noch etwas anderes ein.
1) Nehmen wir einmal an, das Wasser von einem Tümpel sollte abgelassen werden.
Eine Höhe von 5m muss überwunden werden. Das freie Ende des Schlauchs liegt aber 25 m tiefer als die Tümpeloberfläche.
Ist das möglich oder reißt die 30m-Säule?
2) Nennt man das bei euch auch 'Winkelheber'? Auf Wikipedia kennt man diesen Begriff gar nicht.
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Die deutsche Rechtschreibung ist Freeware, sprich, du kannst sie kostenlos nutzen.
Allerdings ist sie nicht Open Source, d.h. du darfst sie nicht verändern oder in veränderter Form veröffentlichen.
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Wauzi
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| Beitrag No.64, eingetragen 2012-07-24 14:53
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@chryso: Bei uns heißt dieses Ding Saugheber
Gruß Wauzi
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Knaaxx
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| Beitrag No.65, eingetragen 2012-07-24 22:24
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2012-07-24 13:19 - chryso in Beitrag No. 63 schreibt:
1) Nehmen wir einmal an, das Wasser von einem Tümpel sollte abgelassen werden.
Eine Höhe von 5m muss überwunden werden. Das freie Ende des Schlauchs liegt aber 25 m tiefer als die Tümpeloberfläche.
Ist das möglich oder reißt die 30m-Säule?
Knifflig ausgedacht
Im oberen Punkt reißt sie nicht. Wenn dann wär das im Abwärtsstrang, aber das wäre egal denn der Luftdruck würde das Wasser von der Tümpelseite in den Schlauch hineinpumpen (Gegendruck von Abrissstelle ist "Null"). Dieser Fließzustand wird das Eindringen von Luft (d.h. Gegendruck) zum Gipfel hin verhindern und die Luftpumpe von drüben wird das weiter durchpumpen. Ich denke das wird nichtmal reißen, denn die Strömungsgeschwindigkeit ist begrenzt und dann sitzt diese Abwärtssäule eher auf den tieferen Teilen auf, als dass diese wegreißen wollten. Selbst wenn es wegreißen sollte und sich von unten eine 10 mtr. Säule ausbilden würde, müsste es weiterfließen, denn mit den weiteren Wassersäulenteilen von oben, ist auf der Abwärtsseite stets niedriger Druck als auf Tümpelseite.
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holsteiner
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 | Beitrag No.66, eingetragen 2012-07-25 23:22
|
Hallo allerseits!
Irgendwie hänge das ganze Winkelheberprinzip doch von der Dicke des Schlauchs ab ?! Nehmen wir mal an, wir nehmen keinen dünnen Wasserschlauch, sondern ein 30 cm dickes Rohr. (Nun gut, eine größere Regentonne ist gefordert). Dann bekommt man keinen Winkelheber hin, weil es am Auslass keine stabile Oberfläche mehr gibt.
Es gibt ein hübsches Experiment mit einem Glas. Das Glas füllt man mit Wasser und legt ein Papier drauf. Auf das Papier ein Brett. dann dreht man alles um, mit dem Auslass nach unten. Das Brett kann man vorsichtig wegnehmen, nix fließt raus. Aber wehe, wenn man am Papier zupft. (Bitte vorsichtig ausprobieren, der Teppich könnte leiden!)
Was ich sagen möchte ist, dass die Kohäsion des Wassers eine Vermischung der Luft mit dem Wasser am Ausfluss verhindert. Daher hält der Luftdruck alles zusammen. Aber eben nur, wenn der Querschnitt des Schlauchs gering ist.
Übrigens, mit Sekt oder Selters funktioniert das Winkelheberprinzip auch nicht. 
Viele Grüße
holsteiner
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Knaaxx
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| Beitrag No.67, eingetragen 2013-03-03 10:37
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Hallo,
nachdem sich dieses Thema gut gesetzt hat, will ichs nochmal ausgraben. Zum Zeitpunkt der Diskussion, davor und auch jetzt dahinter, kann ich mich mit der Erklärung, "das Hebeprinzip hoher Bäume" beruhe genau auf diesem "Wasser-Ketteneffekt" nicht anfreunden.
Ich kann mir einfach nicht vorstellen wie der Baum das "Entgasen" will, zumal das als durchaus heftig angesehen werden darf. Ergo müssten mindestens weitere Faktoren dahinterstehen, wie z.B. eine Reduzierung der Gasbildung durch Anwesenheit irgendwelcher Mineralien oder sonstiger Substanzen. Da das vermutlich nicht (oder nicht hinreichend) möglich ist, vermute ich einen stark abweichenden Vorgang. Die Wassermoleküle diffundieren kontinuierlich durch das Trägermaterial und das Gasproblem kann hierbei (aus welchem Grund auch immer) nicht richtig zum Tragen kommen.
Das Wasser hangelt sich ohne "geschlossene Kette" nach oben.
[ Nachricht wurde editiert von Knaaxx am 03.03.2013 10:55:07 ]
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DrStupid
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| Beitrag No.68, eingetragen 2013-03-03 19:50
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2013-03-03 10:37 - Knaaxx in Beitrag No. 67 schreibt:
Die Wassermoleküle diffundieren kontinuierlich durch das Trägermaterial
Das Xylem von Bäumen besteht im Wesentlichen aus leeren toten Röhren. Da ist also gar kein Trägermaterial in dem das Wasser diffundieren könnte. Davon abgesehen musst Du auch bei der Diffusion begründen, warum sich das Wasser dabei so weit gegen die Schwerkraft bewegt.
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Knaaxx
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| Beitrag No.69, eingetragen 2013-03-03 20:40
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2013-03-03 19:50 - DrStupid in Beitrag No. 68 schreibt:
2013-03-03 10:37 - Knaaxx in Beitrag No. 67 schreibt:
Die Wassermoleküle diffundieren kontinuierlich durch das Trägermaterial Davon abgesehen musst Du auch bei der Diffusion begründen, warum sich das Wasser dabei so weit gegen die Schwerkraft bewegt.
Das ist nicht ganz wörtlich zu nehmen, sollte einen vielleicht möglichen alternativen Vorgang ansprechen. Steht im Prinzip stellvertretend für alles was von Röhrchen (auch geringfügig) abweicht.
Es geht um Bäume im Höhenbereich weit über 10m.
Eigentlich erwarte ich, dass dieses Röhrensystem "unverändert" bis oben durchgezogen ist. Hierbei bleibt das Problem mit der Gasbildung, oder wird etwa das Wasser mit leerem inneren Zylinderkern, dünnstschichtig an den Wänden hochtransportiert?
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Bernhard
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 | Beitrag No.70, eingetragen 2013-03-03 22:41
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Hallo!
Jetzt muß ich mich auch nochmal einschalten.
Ich habe mal meinen Bruder gefragt, der sich in der Botanik sehr gut auskennt.
Zitat:
Bei der Diskussion um die Steighöhe des Saftstroms in Bäumen gilt es den Wurzeldruck, sowie die Saugleistung durch die Verdunstung durch die Blätter mitzuberücksichtigen.
Durch den Wurzeldruck wird ein sog. Turgor aufgebaut, der ein Vielfaches an Atmosphärendruck erreichen kann.
Außerdem sind die einzelnen Leitungsbahnen (insbes. das Xylem) selten (außer bei tropischen Lianen) von einer Dimension jenseits einiger Meter, d.h. es handelt sich nicht um eine durchgängige Röhre, die von der Wurzel bis in die Spitze geht.
Ich hoffe, das reicht Euch zur Erklärung, warum hier man Bäume anders betrachten muß als Gartenschläuche.
Viele Grüße, Bernhard
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"Wichtig ist, daß man nie aufhört zu fragen"
"Weisheit ist nicht das Ergebnis der Schulbildung, sondern des lebenslangen Versuches, sie zu erwerben"
Albert Einstein
[ Nachricht wurde editiert von Bernhard am 03.03.2013 22:41:38 ]
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Rebecca
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 | Beitrag No.71, eingetragen 2013-03-04 00:12
|
In Ergänzung zu Bernhards Beitrag zitiere ich aus einem eigenen Praktikumsprotokoll zur Phsikalischen Chemie:
Für den Wassertransport in Bäumen sind im Wesentlichen zwei Dinge verantwortlich: Wurzeldruck und Transpirationssog.
Wurzeldruck
Die Wurzeln nehmen Wasser auf, leiten es mit Hilfe von Osmose zum Zentralzylinder und drücken es dann in den Stamm nach oben.
Transpirationssog
Verliert die Pflanze infolge von Transpiration über ihre Blätter Wasser, entsteht ein Unterdruck. Die Folge ist ein Transpirationsog, der Wasser entgegen der Schwerkraft nach oben zieht. Durch die starke Kohäsion der Wassermoleküle im Xylem wird die Saugspannung vom Blatt bis auf die Wurzel übertragen. Neben den Kohäsionskräften treten außerdem Wechselwirkungen mit den Oberflächen der Gefäßwände auf. Diese Adhäsionskräfte erhöhen die Zerreißfestigkeit des Wasserfadens im Xylem gegen die Schwerkraft. Da die Summe von Adhäsion und Kohäsion begrenzt ist, können Bäume nicht in den Himmel wachsen. Ab einer Höhe von ca.120 Metern kann der Wasserfaden der entgegenwirkenden Schwerkraft nicht mehr standhalten und reißt ab.
Der Wurzeldruck ist meist nur wenige hundert kPa stark. Im Vergleich zum Transpirationssog, der Werte von über 90.000 kPa erreicht, ist er minimal.
Gruß
Rebecca
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Man soll Denken lehren, nicht nur Gedachtes
[ Nachricht wurde editiert von Rebecca am 04.03.2013 00:14:10 ]
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Knaaxx
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| Beitrag No.72, eingetragen 2013-03-04 00:19
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2013-03-03 22:41 - Bernhard in Beitrag No. 70 schreibt:
Zitat:
Bei der Diskussion um die Steighöhe des Saftstroms in Bäumen gilt es den Wurzeldruck, sowie die Saugleistung durch die Verdunstung durch die Blätter mitzuberücksichtigen.
Hallo
Wurzeldruck ist schonmal ein sehr! guter Ansatz. Wenn dieser ausreichend hoch werden könnte (was ich mir durchaus vorstellen kann) wäre das Problem gelöst, unerklärliche Wasser-Ketten bräuchte es nicht. "Saugleistung" der Blätter können, ohne erneut in das Kettenproblem einsteigen zu müssen, nur etwa 10m zusätzlich einbringen.
Zufrieden bin ich damit noch nicht, aber das geht in die richtige Richtung.
Edit
Rebecca dreht das Wurzelrad zurück, schade wäre zu einfach gewesen.
[ Nachricht wurde editiert von Knaaxx am 04.03.2013 00:37:29 ]
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Wauzi
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| Beitrag No.73, eingetragen 2013-03-04 02:53
|
@Rebecca: Die Erklärung mit dem Transpirationssog begreife ich nicht.
Ein "Unterdruck" kann doch nicht stärker sein als der umgebende Luftdruck.
90000kPa =900000hPa=900 facher Luftdruck.
Sind dann die von Dir beschriebenen Kräfte im Inneren die Ursache für diesen extrem hohen Wert?
Gruß Wauzi
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Rebecca
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| Beitrag No.74, eingetragen 2013-03-04 11:50
|
Hi Wauzi,
in meinem Beitrag #71 habe ich nur verkürzt aus meinem Praktikumsprotokoll zitiert. Ich habe unterschlagen, dass die Druckangaben für den Wurzeldruck und den Transpirationssog Werte für das in der Pflanzenphysiologie üblicherweise verwendete Wasserpotential Ψ sind.
Das Wasserpotential Ψ einer Lösung beschreibt die Freie Enthalpie pro Einheitsvolumen Wasser bezogen auf den Standardzustand von Wasser als Summe von drei Teilpotentialen: Hydrostatischer Druck P, osmotischer Druck π und Gravitationspotential g · h · ρWasser:
Ψ = P - π + g · h · ρWasser
Alle Summanden haben die Dimension Druck, Ψ wird in Pascal angegeben. Das
Potential von reinem Wasser ist definitionsgemäss gleich Null. Wenn Stoffe im Wasser gelöst sind, wird das Wasserpotential niedriger, also negativ; Wasser fliesst spontan immer vom höheren Potential zum niedrigeren.
Die Wasserpotentialdifferenz zwischen Boden und Atmosphäre ist die treibende Kraft für den Wassertransport; d.h. in der Pflanze existiert ein abfallender Wasserpotentialgradient von der Wurzel bis zu den Blättern (Kohäsionstheorie des Wassertransports von J. Böhm, 1831-1893).
Ein Bild dazu mit dem Wasserpotential von Luft bei 50 % relativer Feuchte:
Wer Zeit und Laune hat, kann sich dazu auch eine ausführliche Animation ansehen:
Kohäsionstheorie des Wassertransports
1995 schlug M.J.Canny einige Erweiterungen zur Kohäsionstheorie vor, die dazu beitragen, das Zerreißen der geschlossenen Wassersäule im Xylem zu verhindern.
Gruß
Rebecca
[ Nachricht wurde editiert von Rebecca am 04.03.2013 11:57:20 ]
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Knaaxx
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Aus:
| Beitrag No.75, eingetragen 2013-03-04 17:56
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Hallo Rebecca
So ganz verstehe ich "deine Gleichung" noch nicht, meine aber herauslesen zu können, dass pi hier die Schlüsselrolle spielt. Weiterhin lese ich heraus, dass es alles andere als definitiv geklärt zu sein scheint, wie sich das im Feintuning genau verhält (Videos sind tabu)
Das deckt sich mit meinen Verständnisproblemen. Möglicherweise spielt die gasförmige Variante des Wassers hier sogar eine entscheidende Rolle. Wassedampf könnte "als Sprungbrett" zur Benetzung der jeweils nächsten Stufe dienen. In der Summe hätten wir keinen geschlossenen Wasserrohrzug, sondern eine Summe benetzter kontaktierter Oberflächen.
So ganz will das noch nicht zusammenpassen, aber es zeigt mir dass hier, von der üblichen Vorstellung, abweichende Faktoren beteiligt sind damit das überhaupt möglich wird.
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Wauzi
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| Beitrag No.76, eingetragen 2013-03-04 18:35
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Und ich habe etliches gelernt, von dem ich vorher gar nichts wußte.
Danke Rebecca für die ausführliche Erläuterung.
Gruß Wauzi
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DrStupid
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| Beitrag No.77, eingetragen 2013-03-04 18:38
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2013-03-04 02:53 - Wauzi in Beitrag No. 73 schreibt:
Ein "Unterdruck" kann doch nicht stärker sein als der umgebende Luftdruck.
Doch, kann er. In Festkörpern ist das auch gar nichts ungewöhnliches. In Flüssigkeiten funktioniert das allerdings nur unter bestimmten Bedingungen (u.a. fehlende Kondensationskeime für Dampfblasen).
Nach allem, was ich bisher gelesen habe, ist der Unterdruck im Xylem wesentlich an der Ausbildung eines stetigen Potentialgefälles von der Wurzel bis zur Krone eines Baumes beteiligt. Einige duzend Meter über dem Boden schafft das auch der Wurzeldruck und in der Krone der osmotische Druck. Dazwischen bleibt bei einigen Bäumen (z.B. diverse Eukalypten) aber noch ein gutes Stück astloser Stamm übrig. Ich wüsste nicht, wie diese Höhendifferenz ohne negativen Druck überwunden werden sollte.
[Die Antwort wurde nach Beitrag No.75 begonnen.]
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