Anleitung, 2 Seiten; 107 KB

Kalorik
Lehrwerkstätten und Berufsschule Zeughausstrasse 56
für Mechanik und Elektronik Tel. 052 267 55 42
CH-8400 Winterthur Fax 052 267 50 64
Pneumatisches Feuerzeug
PA6220
Mit dem pneumatischen Feuerzeug wird manuell mit Muskelkraft Luft komprimiert. Die damit
verbundene Temperaturerhöhung der Luft vermag Pyroxylwatte oder sogar ein Papierstückchen
zu entzünden.
Dies ist ein effektvoller Versuch zur Erklärung:
− der Kompressionswärme an Velopumpen, Wärmepumpen, Verbrennungsmotoren, etc.
− einer isentropen Zustandsänderung im Fachunterricht.
Das Gerät besteht aus einem massiven Glaszylinder in einer Metallhülse und einem Kolben. Für den
Versuch wird ein Pyroxyl-Kügelchen von max. 3 mm Durchmesser in den Glaszylinder gelegt. Der
Kolben wird sorgfältig aufgesetzt und vorerst ca. 10 mm in den Zylinder geschoben. Mit der einen
Hand wird nun die Metallhülse auf eine feste und stabile Unterlage (Tisch) gesetzt, mit der anderen
Hand wird dann durch rasches einschieben des Kolbens die Luft komprimiert. Dabei wird die Luft
erhitzt. Bei einem Druck von ca. 6 bar ist sie bereits so warm, dass die Selbstzündungstemperatur
von Pyroxylwatte (185 °C) erreicht ist. Die Watte verpufft unter hellem Aufleuchten und hinterlässt
sehr wenig Rückstände. Durch die Verpuffung wird Wärme frei, die den Gasdruck zusätzlich erhöht.
Eine beachtliche Gegenkraft wirkt auf die „schiebende“ Hand.
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Sicherheitsvorschrift:
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• Pro Versuch nur ein Pyroxyl-Kügelchen von max. ø3 mm verwenden.
• Nie leicht entzündliche und explosive Materialien wie Benzin oder ähnliches verwenden.
• Experiment nie ohne Metallhülse und Kunststoff-Schutzschlauch durchführen.
• Versuch nur unter Aufsicht durchführen lassen.
• Experiment mit mindestens 2 m Sicherheitsabstand zum nächsten Schüler zeigen.
Preis- und technische Änderungen vorbehalten
ZT0276.DOC
08/03 MEM5

Fehlt die Pyroxylwatte, so kann fast jedes organische Material auch als Zunder eingesetzt werden,
z.B. Baumwollfasern oder Zigarettenpapier. Brennen sie solches Ersatzmaterial kurz an und löschen
es sofort wieder (nie aber Pyroxylgarn!). Nach dieser Vorbereitung entzündet sich das Papier im
Pneumatischen Feuerzeug leichter. Immer nur kleine Stückchen einlegen, die Reinigung des Zylinderrohres
ist dann einfacher.
Technische Daten:
• Zylinder
• Zylinderhülse
• Kolben
Glaszylinder mit Innen-Abmessungen von ø15 × 190 mm
Metallhülse aus Messing, poliert und vernickelt, ø25 × 230 mm.
Unterer Bereich mit vier Ausfräsungen, die den Blick auf den
Glaszylinder freigeben. Umhüllt mit PVC-Schutzschlauch.
Stössel mit Gummimanschette und pilzförmigem Griff.
• Pyroxyl-Kügelchen 96 Stk. in Box, Nachbestellung unter PA 6221.
Achtung: verbrennt rasant, vor Wärme und offener Flamme schützen!
Hinweise:
• Die Gummidichtung wird erst durch das Einschieben des Kolbens um einige cm ganz dicht sein
(Gegendruck). Undichte oder abgenutzte Gummidichtungen können einfach ersetzt werden.
• Der Kompressionsdruck wird allein durch die Armkraft der Testperson erzeugt. Der Grenzwert
wird bei 25 bar liegen, die Luft wird dabei auf ca. 400 °C erhitzt (Schweltemperatur von Papier).
Wird die Luft ohne Einlage von Watte oder Papier zusammengepresst, so kann beim Herausziehen
des Kolbens beobachtet werden, dass kurzfristig ein kleiner Nebel im Zylinder entsteht.
Durch die Entspannung ist die Luft im Zylinder unter den Taupunkt des immer noch enthaltenen
Wasserdampfes abgekühlt. Dieser Wasserdampf zeigt sich als Nebel. Gleiches beobachtet man
beim abrupten Öffnen einer Mineralwasserflasche, bei der dann ja auch eine rasche Druckverminderung
passiert.
• Pyroxylwatte (Schiessbaumwolle) verpufft nach erreichen der Selbstzündungstemperatur von
etwa 185 °C mit hellem Aufleuchten nach der chemischen Gleichung:
2 C 6 H 7 O 2 (NO 3 ) 3 3 CO 2 + 9 CO + 7 H 2 O + 3 N 2
Die Verpuffung verläuft unter Wärmeabgabe.
• Isentrope Zustandsänderung
Definition: Bei einer isentropen Zustandsänderung wird keine Wärmeenergie mit der Umgebung
ausgetauscht.
Als Beispiel sei hier das pneumatische Feuerzeug genannt. Der Kolben wird rasch in den Zylinder
geschoben, die Luft wird unmittelbar erhitzt, die Abgabe von Wärme an das Glasrohr kann in der
zu beobachtenden Zeit bis zur Zündung der Pyroxylwatte vernachlässigt werden. Der Verlauf
entspricht einer isentropen Zustandsänderung.
Preis- und technische Änderungen vorbehalten
ZT0276.DOC 2 / 2 08/03 MEM5