Ingenieure, Gummis und John Gough

Kaffeetrinken mit den Bauingenieuren. Ich lausche den interessanten Gesprächen über Brückenbau, Erdbebentarnkappen, der Statik des Schiefen Turms von Pisa und den Lästereien über die Architekten. Einer der Jungs plant einen Brückenbau und schaut sich äußerst intensiv seine Zeichnung an, als ein anderer plötzlich brüllt:

“Da müssen Dehnungsfugen rein, du Idiot!”

“Warum denn?”

“Selbstverständlich müssen da welche rein. Soll die Brücke im Sommer einstürzen oder was? Jeder weiß doch, dass sich alle Materialien durch Erwärmung ausdehnen. Was hast du eigentlich gelernt in deinem Studium?”

Ich schaue mir das Schauspiel eine Weile an und interveniere energisch, auf meine rabulistische Art. Nachdem ich mir den Vorwurf hab gefallen lassen, dass ich “Reagenzglasständer” doch keine Ahnung habe, fange ich an den Jungs mal die Geschichte des Gummiband-Wärmemotors zu erzählen. Dabei handelt es sich um eine normale frei drehende Fahrradfelge, bei der die Metallspeichen entfernt und durch stark gespannte Gummibänder ersetzt werden. Erwärmt man nun das selbstgebaute Rad lokal am Rand fängt es an sich, ohne weiteren Einfluss von außen zu drehen.

“Und was hat das jetzt mit den Dehnungsfugen zu tun?”

Die Funktionsweise des Gummiband-Wärmemotors wiederlegt die Aussage, dass sich alle Materialien durch Erwärmung ausdehnen. Wird ein Gummi (Elastomer) gespannt, überführt man die “Gummi-Moleküle” in einen energetisch ungünstigen Zustand. Wird die Spannung gelöst kommt es zu einem spontanen Übergang des Gummis in die Grundform und folglich der Moleküle in einen energetisch günstigeren Zustand. Den gleichen Effekt kann man erreichen, wenn man ein gespanntes Gummi erwärmt. Die Moleküle im Gummi nutzen die zugeführte Energie in Form von Wärme um selbstständig zurück in die Grundform zu kommen. Das Gummi zieht sich folglich zusammen. Diesen sogenannten “Gough-Joule Effekt” kann man besonders gut sichtbar machen, wenn man einen  Gegenstand auf einer Waage an ein Gummi hängt und dieses erwärmt. Doch was ist nun mit dem Gummiband-Wärmemotor? Erwärmt man, wie oben erklärt, ein Rad mit Gummibandspeichen fängt es an sich zu drehen. Da sich die Gummis an der erwärmten Stelle zusammensiehen kommt es zu einer Verschiebung des Schwerpunkts und folglich zur Entstehung eines Drehmoments. Das Rad dreht sich.

Meine Geschichte über den Gummiband-Wärmemotor konnte den Streit zwischen meinen Bauingenieurfreunden nicht schlichten und nachdem ich meinen Kaffee leer getrunken hatte, fuhr ich mit meinem Gummiband-Wärmemotorfahrrad nachhause :-D

Für alle Interessierten: Der Gough-Joule Effekt ist ein entropischer Effekt und erklärt ausschließlich die sogenannte Entropie-Elastizität von Elastomeren. Dabei gibt es sehr wohl auch anorganische Verbindungen die sich aufgrund anderer Effekte beim Erhitzen zusammenziehen, zum Beispiel das Zirkoniumwolframat.

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