Bei einem gschlossenen Volumen sehe ich da auch probleme den Gasdruck konstant zu halten. Schon änderungen im Luftdruck sollte da zu problemen führen. Ich hatte da mehr an ein dynamisches System gedacht. Eine Luftpumpe / Lüfer sorgt für einen kleinen Luftstrom, und eine art Überdruckventil leitet so viel Luft ab, bis der Druck stimmt.
@Besserwessi:
Das mit dem geschlossenen Volumen wollten wir ja mit einer Wassersäule so elegant lösen, daß Luftdruckänderungen automatisch ausgeglichen werden - siehe Bild. Dadurch, daß auf der einen Seite offen ist, heben sich die Schwankungen auf beiden Seiten auf.
Ich habe nur gerade das dumpfe Gefühl, daß ich beim Temperatureinfluß im geschlossenen Kasten einen Denkfehler drin hab: ich hatte ja behauptet, daß schon eine Volumenänderung von 1/10000 unsere Luftdruckdifferenz von 1/10000 erzeugen sollte (nach der allgemeinen Gasgleichung).
Wenn ich mir jetzt aber vorstelle, ich hätte unter dem Glas nur ein Luftvolumen von: Fläche x 1,3mm. Jetzt will ich den Druck so weit erhöhen, daß ich auf der anderen Seite eine Wassersäule von 1,3mm habe (die ja unseren 13 Pa entspricht). Das hieße aber, daß sich das Gas um 100% ausdehnen müßte - und das verträgt sich nicht mit dem Ansatz mit der Gasgleichung von oben.
Sieht jemand, wo da der Wurm drin ist?! Ich steh hier grad ziemlich auf dem (Wasser-)Schlauch. Spielt nun das Gesamtvolumen eine Rolle oder nicht??
Der Ansatz mit dem aerodynamischen Paradoxon gefällt mir auch immer noch recht gut. Die Frage ist aber doch, wie sehr (und wie lange) man das stabil halten kann, und was hier passiert, wenn sich der äußere Luftdruck ändert etc.
Also ich hab eine Wassersäule von 1,38 * 10^-3 m raus. Das ist aber die Wassersäule, die auf die Luftsäule drückt. Die Reibung im Schlauch wird immens in den Verhältnissen sein. Dann musst du alles isotherm behandeln. Wer sagt dir aber, dass wenn du Druck auf das Gas ausübst, sich die Temperatur nicht verändern wird. Du müsstest also ein Dewargefäß außenrum bauen und irgendwie Wasser und Luft drennen. Dann, aber auch nur dann wenn wirklich alles ideal ist, wirst du mit dieser Konstruktion deine Gewünschte Kraft erziehlen. Es wird aber schwierig.
Beim Aerodynamischen Paradoxon darf sich theoretisch der Luftdruck nicht ändern. Ich weis aber jetzt nicht, wie stark es sich auswirken wird.
Das mit dem paradoxon ist so direkt noch nicht geignet, denn man hat einen druck der von der Strömungsschawindigkeit abhängt und damit in der Mitte niedriger wäre. Man kann aber ein ähnliches Prinzip nutzen um dynamisch eine Druck zu stabilisieren. Durch Rohre / Löcher mit unterschiedlichen Durchmesser kann man eine sehr konstantes Druckverhältnis erzeugen und so wegkommen von den doch eher unhandlich kleinen 13 Pa.
Die Gaskleichung für das geschlossene Volumen stimmt schon. Bei der wassersäule von 1,3 mm muß man aber die differenz der Höhen betrachen und das Gas kann für so kleine Druckänderung als fast incompressibel angesehen werden.
Bei der Wassersäule kriegt man auch noch zusätzliche Effekte dadurch das man feuchte und trockene Luft mischt und so unterschiedliche Dichten hat. Außerdem hat das Wasser ein Oberflächenspannung und in dem dünnen Rohr gibt es da auch Probleme. Schließlich kommt durch den Kapilareffekt das Wasser auch schon mal ein paar mm höher als sonst.
Das klingt nur kompliziert. Wie weit man beispielsweise den Wasserbehälter pro Druckänderung anheben muss hängt von der Fläche ab.
Wenn der Druck aber gemessen wird dann wird man ihn solange anheben bis der gewünschte Druck erreicht ist und fertig.
Konstruktiv ist das mit dem Anheben des Wassers wohl etwas kompliziert. Läßt man eine Luftpumpe laufen und justiert eine Auslassklappe dann hat man den Druck einfacher geregelt. Das wurde ja auch schon vorgeschlagen.
Bei der Druckdifferenz durch Strömung sollte man einmal den Luftweg aufzeichnen. Wie strömt die Luft da zwischen den parallelen Platten? Wie sieht die Luftverteilung von oben auf die Platten betrachtet aus? Ist mit der Geschwindigkeitsverteilung eine konstante Druckverteilung zuerreichen?
Naja man müsste für eine gleichmäißge Strömgeschwindigkeit eine konvexe Platte anfertige, die im gleichen Maße nach oben gekrümmt ist. So wäre der Abstand zwischen den Platten immer konstant. Wenn ich mich nicht vertippt hab, bräuchte man ne Strömungsgeschwindigkeit von 4,57 m/s zwischen den Platten. Ich glaube es wird leichter sein, das zu händeln
Also, mit Luftpumpe und Auslaßklappe sind unsere Konstrukteure hier sehr skeptisch. Verwirbelungen etc. tauchen garantiert auf, und erzeugen an manchen Stellen Unterdruck, dann wieder zuviel Überdruck etc. Ich glaube, daß da eine konstante Wassersäule noch leichter zu handhaben ist.
Durch die Mathematik, wie weit man die Wassersäule anheben muß, wurschtel ich mich gerade durch. Aber wie gesagt: wir haben einen Druckmesser, und momentan habe ich das ganze auch so aufgebaut, daß ich den Wassertopf einfach so weit anhebe, bis ich 13.3 Pa bekomme.
So kompliziert ist das Anheben übrigens nicht; wir haben da eine Hebebühne, die man relativ fein justieren kann.
Ich denke auch, daß so Dinge wie Reibung im Schlauch oder Luftfeuchtigkeit egal sind: wenn die Wassersäule von 1.38mm konstant bleibt, dann herrscht auf der anderen Seite ein Druck von ca. 13.3 Pa, egal was.
Die andere Lösung mit dem Paradoxon würde wohl wirklich nur gehen, wenn wir ein genaues Gegenstück der Platte oben drüber hätten. Aber das sollte ja kein Problem sein. Mehr zu denken geben mir Besserwessis Anmerkungen mit der Strömungsgeschwindigkeit: wenn ich in der Mitte in Loch habe, wo die Luft rauskommt, dann hab ich an der Stelle doch sicher keine >4 m/s Strömungsgeschwindigkeit? Hat jemand eine Ahnung, wie man das nun genau berechnen könnte? Ich habe das Gefühl, das wird recht komplex, da sich mit der Strömungsgeschwindigkeit der Druck ändert, damit wiederum der Abstand und damit wieder die Geschwindigkeit... ich sehe da ein paar Differenzialgleichungen auf mich zukommen...
Das mit der Strömungsgeschwindigkeit ist eher einfach: Die selbe Luft muß von innen mach außen. Außen ist der Querschnitt größer, also die Geschwindigkeit kleiner. Außerdem gibt es durch die Reibung noch einen Druck, der die Strömung antreibt. Schwierig ist dann noch schon mal der Bereich in der Mitte, da wo das Loch ist und die Luft einströmt.
Wenn man den Druck über den Wasserstand regeln will, geht dass sicher auch. Man könnte z.B. einen Stab mehr oder weniger Tief in das Gefäß eintauchen lassen, und so den Wasserstand sehr fein verändern.
Die "Reibung" oder besser adhäsion an den Rändern kann schon ein Problem werden, denn da kommen zusätzliche eher schlecht zu kontrollierende Kräfte, die den Wasserstand ein paar zehntel mm anheben können. Aus versuchen zur Dichtemessung kann ich mich erinnern das schon mal einige µN zusammenkommen können an einem Dünnen Draht, selbst wenn man sich Mühe gibt das zu vermeiden. Für einen dickeren Schlauch wird das mehr werden.
Die Luftfeuchtigkeit kann auf 2 Weisen zu Problemen führen: Einmal ist feuchte Luft leichter als trocken. Man kreigt also in dem Schlauch auch eine kleine Druckdefifferenz, einfach dadurch das im Schlauch über dem Wasser feuchte leichte list, und im Raum eher trockene Luft ist. An dem Übergang vom Gefäß zum Raum kann man außerdem eine Konverktionsströumg bekommen weil feuchte Luft mehr oder weniger frei aufsteigen kann. Das 2 te Problem ist die gefahr von Kondensation, wenn die Temperatur irgendwo niedriger ist als die des Wassers.
Indirekt kommt noch das Problem dazu, dass durch die Verdunstung das Wasser kälter sein wird als der Rest des Raumes. Für sehr genaue Messungen sollte man aber Eine Konstante Temperatur haben.
Das Problem ließe sich lösen, wenn man keine Wasser sondern eine Flüssigkeit mit niedriegem Dampfdruck (z.B. Öl) nimmt. Auch die Benutzung von Salzwasser wäre schon eine Möglichkeit. Dann könnte die normale Luftfeuchtigkeit im Gleichgewicht mit dem Wasser sein, denn der Dampfdruck wird durch das Salz etwas reduziert.
Zur Erzeugung eines konstanten Druckes kann man das auch so machen, wie es z.B. die PTB für Drücke im Bereich einiger bar macht: Ein sehr leichtgängiger Zylinder mit einem Gewicht für die Kaft erzeugt den Druck. Ein sehr leichtgängiger Zylinder (z.B. geschliffenenes Glas mit sehr wenig spiel) ist eventuell nicht ganz dicht, aber das könnte man sicher durch einen kleinen konstanten Gasstrom ausgleichen, der dafür sorgt das der Zylinder immer in der selben Höhe bleibt. Der Druck ließe sich sogar sehr genau berechnen und leicht verändern.
Ich bring mal ne neue Idee ein... ich hab nicht so ein großes Fachwissen aber drum denk ich mal einfach vllt das ganze mit magnetischen feldern lösen???
Jetzt meld ich mich auch mal wieder... (Sorry, hatte noch ein paar andere Dinge auf'm Schreibtisch liegen...)
Ich habe jetzt also mal meinen Lieblingsansatz, nämlich den mit der Wassersäule, experimentell so weit wie's geht durchgeführt (bzw. vom Werkstudenten durchführen lassen). Dabei bin ich (neben genug anderen Problemchen, z.B. den Druckmesser dazu bringen, die Werte in den Computer auszuspucken) sehr bald an die technischen Grenzen der ganzen Sache gestoßen. Kurz gesagt: die Temperaturschwankung macht mir viel zu sehr zu schaffen.
Als erstes hatte ich mich natürlich hingesetzt und die Sache mal theoretisch durchgerechnet. Die Ausdehnung der Luft unter dem Glas hängt natürlich vom Gesamtvolumen ab -> Volumen klein machen. So weit, so gut.
Problem dabei: das Volumen muß *extrem* klein sein, damit mich die Druckänderung bei z.B. 0,1° Temperaturdifferenz nicht mehr stört. Und da ist dann schon der Schlauch zum Druckmesser zu groß. Dazu kommt, daß die Scheibe ja nicht flach, sondern als Paraboloid / Hyperboloid gekrümmt ist, d.h. ich kann mit dem Wasser nicht beliebig nah an die Scheibe heran... und so weiter und so fort...
Ich bin also wieder auf der Suche nach neuen Ansätzen. Da möchte ich jetzt nochmal auf drei Ideen zurückgreifen (falls Ihr noch alle da seid, nach der langen Funkstille meinerseits...):
1. @Besserwessi: wie ist das genau mit dem leichtgängigen Zylinder? Ich kann mir das grad nicht vorstellen. Wenn das aber schon gemacht wird, für Drücke in etwa dem gewünschten Bereich, dann klingt das vielversprechend.
2. Vielleicht sollte man doch noch mal über das Ganze mit dynamischem Druck, d.h. konstanter Luftstrom von unten an die Scheibe, nachdenken. Vom Gefühl her würde ich sagen, das ist vielleicht doch besser zu handhaben und zu kontrollieren als ein statischer Aufbau. Hat hier irgendjemand Erfahrung?
3. @Noss: an magnetische Felder hab ich auch schon gedacht, aber nur ganz am Rande... da werd ich jetzt nochmal drüber nachdenken; das sollte doch vermutlich besser gehen als die ursprüngliche Idee mit dem elektrischen Feld.
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aber drum denk ich mal einfach vllt das ganze mit magnetischen feldern lösen???
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