Ein schönes Spielzeug, das u. a. auf der sogenannten Verdunstungskälte basiert ist die trinkende Ente. Sie besteht aus zwei Glaskugeln, die durch ein Rohr verbunden sind. In der unteren Glaskugel befindet sich eine Flüssigkeit (Methylalkohol), die schon bei Zimmertemperatur schnell verdunstet. Die gesamte Anordnung aus den beiden Kugeln und dem Rohr ist luftdicht abgeschlossen. Die obere Kugel ist außen mit einem (roten) Filz überzogen, der mit einer Flüssigkeit getränkt werden kann. Zu Beginn ist der Schwerpunkt der Anordnung unterhalb des Drehpunktes.
Wie bei jeder Flüssigkeit befindet sich über dem flüssigen Methylalkohol auch die gasförmige Phase (Dampf). Dieser Dampf ist u.a. auch in der oberen Kugel.
Wird der Schnabel (evtl. auch der Kopf) der Ente zu Beginn des Versuches mit Wasser oder noch besser mit Alkohol befeuchtet, so steigt die Flüssigkeit in dem Rohr hoch.
Erläutere, wie es dazu kommt.
Wenn der Filz auf der oberen Glaskugel befeuchtet ist, so verdunstet diese Flüssigkeit. Hierzu ist Energie notwendig, die der Umgebung entzogen wird. Die obere Kugel kühlt sich ab und der Dampf des Methylalkohols in der oberen Kugel kondensiert. Dadurch entsteht in der oberen Kugel ein Unterdruck und als Folge davon steigt der Alkohol hoch. Dies hat zur Folge, dass auch der Schwerpunkt der Gesamtanordnung ansteigt, die Ente wird "kopflastig" und kippt z.B. nach rechts (dies wird durch eine geschickte Anordnung der Kugeln in Bezug zur Lagerung erreicht).
Eine Sperre im Lager verhindert, dass der Schnabel der Ente am Boden aufschlägt. Das Kippen der Ente bewirkt zweierlei: Die Unterseite der Glasrohres taucht über die Oberfläche der unteren Flüssigkeit. Die in den Kopf der Ente gelangende Flüssigkeit erwärmt diesen so, dass der Gasdruck in der oberen und unteren Kugel wieder gleich ist.
Erläutere, was nun die Folge dieser Konstellation ist.
Die Flüssigkeit läuft nun wieder zurück in die untere Kugel. Die Ente pendelt um den Drehpunkt. Die Bewegung fördert die Verdunstung der Flüssigkeit, die sich im äußeren Filz der oberen Kugel befindet. Es kommt wieder zum Unterdruck ...
Stellt man nun noch ein Glas Wasser so auf, dass die Ente im tiefsten Punkt "Wasser säuft", so hat man ein Perpetuum Mobile erreicht. Oder doch nicht?
Die Ente verliert durch Luftreibung und durch Reibung in den Lagern ständig Energie. Sie funktioniert nur, wenn es im Kopf der Ente zur Verdunstung kommt. Die hierfür erforderliche Energie stammt z. T. von der umgebenden warmen Luft.
Hinweis: Man könnte die Ente auch ohne Befeuchtung des Filzes betreiben, wenn man z.B. die untere Kugel ständig mit einer Halogenlampe bestrahlen würde. Überlege Dir warum!
