Das „Knacken“ der Eiswürfel

So langsam erreichen wir teilweise schon wieder sommerliche Temperaturen, so dass man doch gerne mal zu einem gut gekühlten Getränk greift. Direkt aus dem Kühlschrank ist das kein Problem. Was aber wenn das favorisierte Getränk nicht im Kühlschrank stand? Oft werden dann Eiswürfel aus dem Gefrierfach herangezogen, um das Getränk etwas abzukühlen. Wer beim Eintauchen der Eiswürfel in das Getränk schon einmal genau hingehört hat, der hat sicherlich ein signifikantes „Knacken“ wahrgenommen. Aber warum knacken Eiswürfel, wenn man sie in ein Getränk gibt?

Im Grunde liegt das an der Tatsache, dass sich Eis genau wie jeder andere Stoff mit einer Temperaturänderung ausdehnt oder zusammen zieht. Mit steigender Temperatur nimmt die Dichte des Eises ab und es dehnt sich aus. Soweit ganz normal, aber was hat das mit dem „Knacken “ zu tun? Ein Eiswürfel, der aus dem Gefrierfach kommt, hat etwa eine Temperatur von -18 °C. Ein Getränk bei Raumtemperatur etwa 20 °C. Kommt das Eis nun in Kontakt mit dem Getränk, wärmt es sich auf. Allerdings erst einmal nur die äußere Schicht des Eiswürfels. Bis die Wärme des Getränks ins Innere des Würfels gelangt dauert es einige Sekunden. Die äußere Schicht, die jetzt wärmer geworden ist, dehnt sich aus, wobei der Kern des Würfels immer noch kalt und kompakt ist. Die nicht gleichmäßige Ausdehnung des Eises sorgt dafür, dass Spannungen im Eiswürfel auftreten und schlagartig Risse entstehen. Genau das hört man dann als leises Knacken. Wer genau hin schaut, kann die Risse im Eiswürfel auch sehen.

Bei bereits sehr kalten Getränken passiert das nicht oder nur deutlich schwächer. Der geringere Temperaturunterschied zwischen Getränk und Eis lässt die äußere Schicht des Würfels weniger schnell erwärmen und die entstehenden Spannungen sind geringer. Auch wenn der Eiswürfel gerade so erst gefroren ist oder bereits länger außen liegt, wird kein Knacken zu hören sein. In beiden Fällen hat das Eis nämlich nur etwas weniger als 0 °C. Wenn nun die äußere Schicht erwärmt wird, schmilzt sie einfach zu Wasser und hat somit keinen Einfluss mehr auf den Rest des Würfels.

Wenn du dir das nächste Mal ein kühles Getränk gönnst und Eiswürfel benutzt, kannst du ja mal genau hinhören und herausfinden, ob der Temperaturunterschied groß genug ist um das „Knacken“ hervorzurufen.

 

Quellen:

https://www.ja-gut-aber.de/warum-knacken-eiswuerfel-in-getraenken/

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Wie entstehen Hoch- und Tiefdruckgebiete?

Sie sind in jedem Wetterbericht enthalten: Hoch- und Tiefdruckgebiete. Sie bekommen sogar Namen. Jedes Jahr ändert sich, ob Tiefdruckgebiete männliche Namen und Hochdruckgebiete weibliche  bekommen oder anders herum. Aber wie entstehen eigentlich Gebiete unterschiedlichen Drucks?

Dazu muss als erstes gesagt werden, dass die Entstehungen durch viele teils sehr komplexe Wettermechanismen hervorgerufen werden. Ich will hier bloß ein einfaches grundlegendes Modell erklären.

Wenn sich die Luft in Bodennähe z.B. durch Sonneneinstrahlung aufwärmt, steigt sie auf Grund geringerer Dichte nach oben. Wenn das großflächig passiert, dann sinkt in diesem Areal der Druck, es entsteht also ein Tiefdruckgebiet. Der durchschnittliche Luftdruck in Bodennähe beträt 1013 hPa (hektopascal) also 1,013 bar. In Tiefdruckgebieten herrscht ein Luftdruck etwa zwischen 980 und 1000 hPa. Beim Aufsteigen kühlt sich die Luft ab und damit steigt auch die relative Luftfeuchtigkeit (vgl. Wie entsteht ein Gewitter? oder Die eingefrorene Windschutzscheibe). Es kommt also zu Wolkenbildung oder sogar Regen. Außerdem entstehen Winde, da Luft von Gebieten höheren Drucks in das Tiefdruckgebiet strömt um das Druckgefälle auszugleichen. Deshalb verbindet man Tiefdruckgebiete meist mit eher schlechtem Wetter. Die Luftmassen, die in einem Tiefdruckgebiet aufsteigen müssen aber ja irgendwo wieder runterkommen. An diesen Stellen entsteht dann ein Hochdruckgebiet durch den genau umgekehrten Effekt. Auch die Effekte der Wolkenbildung werden hier umgekehrt, sodass in Hochdruckgebieten meist eher schönes Wetter herrscht. Hochdruckgebiete haben etwa einen Luftdruck von 1040 bis 1065 hPa.

Wie gesagt ist das bloß eine sehr grobe Erklärung der Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten, aber das Prinzip lässt sich an Hand dieser Erklärung darstellen.

 

Quellen:

https://www.goruma.de/erde-und-natur/meteorologie/hoch-und-tiefdruckgebiete

https://content.meteoblue.com/de/meteoscool/grosswetterlagen/hoch-und-tiefdruckgebiete

Warum kühlt ein Ventilator?

So langsam werden die Tage wieder wärmer und der Ein oder Andere macht sich schon wieder Sorgen im Sommer in einem heißen Raum zu sitzen ohne sich zwischendurch abkühlen zu können. Ein einfacher Ventilator kommt da oft gelegen um sich etwas kühle Luft zuwehen zu lassen. Aber warum kühlt ein Ventilator überhaupt? Schließlich enthält er keinerlei tatsächlich kühlende Komponenten.

In der Tat ändert ein Ventilator erst einmal rein gar nichts an der Temperatur der Luft, die sich beispielsweise in einem Raum befindet. Er bringt sie lediglich in Bewegung. Diese Bewegung führt zu einem schnelleren Luftaustausch an der Stelle, wo der Ventilator hin bläst – zum Beispiel unsere Haut. Ist die Umgebungsluft kühler als unsere Haut, so wird durch den Luftaustausch der kühlende Effekt der Luft verstärkt. Die von der Haut aufgewärmte Luft wird weggeblasen und neue kühle Luft kann zur Haut hin gelangen. Ist die Umgebungsluft allerdings schon wärmer als die Hauttemperatur, so fällt dieser Effekt weg. Ein Ventilator ist trotzdem noch in der Lage eine kühlende Wirkung hervorzurufen, aber wie geht das?

Der Luftaustausch hat auch noch einen anderen Effekt. Wenn wir schwitzen verdunstet der Schweiß auf der Haut. Für diese Verdunstung wird Energie benötigt. Diese Energie zieht der Schweiß in Form von Wärme aus der Haut. Das Resultat ist, die Haut kühlt sich ab. Schweiß verdunstet aber nur solange die Luft direkt in Hautnähe nicht zu feucht ist. Sie kann nämlich nur eine gewisse Menge an Feuchtigkeit (hier verdunstender Schweiß) aufnehmen. Durch den Luftaustausch wird immer frische, trockenere Luft zur Haut hin transportiert. Das heißt durch den Ventilator wird der natürliche Kühlmechanismus des Menschen verstärkt. Somit kann dieser auch bei Temperaturen oberhalb unserer Hauttemperatur für eine angenehme Kühlung sorgen.

Natürlich funktioniert das Ganze nur bis zu einer bestimmten Lufttemperatur. Wer in einer Sauna schon einmal einem Luftzug ausgesetzt war, zum Beispiel durch ein wedelndes Handtuch, der weiß, dass der Effekt hier umgekehrt wird und der Luftaustausch hier eine erhitzende Wirkung hat. Zu viele Ventilatoren im Dauerbetrieb sind übrigens auch nicht gut, da der Motor eines Ventilators Wärme abgibt und somit die Raumluft sogar aufwärmen kann. Sobald man die Ventilatoren dann ausschaltet ist es wärmer also vorher ohne Ventilatoren.

Woher kommt eigentlich Halloween?

Am Montag haben bei vielen wieder abends Kinder geklingelt und nach Süßigkeiten gefragt. Dieser Halloween Brauch ist auch in Deutschland weit verbreitet. Aber was ist eigentlich Halloween und wo kommt es her?

Viele würden jetzt sagen das kommt aus den USA. Das ist allerdings nur bedingt richtig. Die heutigen Bräuche sind zwar aus den USA zu uns getragen worden, das Halloween Fest hat seinen Ursprung allerdings bei den Kelten. Genauer gesagt in Großbritannien und Irland. Für die Kelten, die noch eine andere Zeitrechnung hatten als die Heutige, war der 1. November der Winteranfang. Da man nur zwischen Sommer und Winter unterschied, war der 31. Oktober somit das Ende des Sommers und der Beginn der dunklen Jahreszeit. Es heißt die Kelten sahen den Sommer als Jahreszeit des Lebens und den Winter als die des Todes an. Im Übergang trafen die zwei Zeiten auf einander und man glaubte den verstorbenen an diesem Tag sehr nahe zu sein. Da aber auch der Tod an diesem Tag nicht weit war, entstand das Ritual der gruseligen Verkleidung, um den Tod fern zu halten.

Da viele Iren im Laufe der Zeit in die USA ausgewandert sind, haben sie ihre Bräuchte dort hin mitgenommen. In Amerika wurde die Tradition dann weitergeführt und abgewandelt. Vor allem mit Augenmerk auf den Konsum, der durch ein solches Fest massiv angekurbelt werden konnte.

Das Ritual aus Kürbissen eine gruselige Fratze zu schnitzen stammt allerdings auch noch von den alten Iren. In der Legende von Jack O. nutzte dieser eine ausgehöhlte Rübe um darin eine Kohle länger brennen zu lassen.

Der Name „Halloween“ ist übrigens aus „All Hallows Evening“ entstanden, also der Abend vor Allerheiligen.

Warum müssen manche Menschen niesen wenn sie von der Sonne geblendet werden?

Kennst du das? Man verlässt ein eher schwach beleuchtetes Gebäude und draußen scheint die Sonne. Man ist geblendet und kann die Augen kaum offen halten. Oft kommt zu dem Geblendet sein noch ein plötzlicher Niesanfall. Falls dir das bekannt vorkommt gehörst du zu den etwa 20-25% der Menschen mit dem so genannten ACHOO- Syndrom (Autosomal Dominant Compelling Helio-Ophthalmic Outburst of Sneezing), was so viel bedeutet wie: „Autosomal, dominant vererbter Niesausbruch, der durch eine Reizung der Augen durch die Sonne hervorgerufen wird“. Oft auch bekannt als Photischer Niesreflex.

Aber wie entsteht dieser Niesanfall?

Wie der Name schon sagt, geht man von einer Vererbung des Syndroms aus. Bei betroffenen Menschen liegt der Sehnerv sehr nah am Drillingsnerv, welcher für die Reizübertragung der Nasenschleimheute verantwortlich ist. Wenn nun der Sehnerv durch das Blenden der Sonne stark gereizt wird, können die elektrischen Impulse auf den Drillingsnerv übertragen werden. Unser Gehirn erhält also die Information, dass die Nasenschleimheute gereizt sind. Um eventuelle Fremdkörper aus der Nase zu entfernen, wird ein Niesreflex aktiviert und wir müssen niesen.

Bei diesem Phänomen übrigens im Schnitt 2-3 mal. So lange, bis die Pupillen sich etwas verengt haben und der Sehnerv durch das Blenden nicht mehr so stark gereizt wird.

Schweiß – Wie funktioniert die menschliche Klimaanlage?

An diesen heißen Tagen kommt man leicht ins Schwitzen, was in der ein oder anderen Situation auch mal unangenehm sein kann. Doch warum schwitzen wir überhaupt? Der Körper will sich abkühlen klar – aber was bringt da der Schweiß?

Der Kühlungseffekt erfolgt erst dann, wenn der Schweiß, der zum Großteil aus Wasser besteht, auf der Haut verdunstet. Also vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Das passiert jeder Zeit wird aber bei höheren Temperaturen beschleunigt. Für diesen Übergang benötigt jeder Stoff, also auch Wasser bzw. Schweiß, Energie in Form von Wärme. Diese Wärme wird vom Schweiß aus der warmen Umgebung aber zum Teil auch aus der Haut entzogen, wodurch diese sich folglich abkühlt.

Der Schweiß, der ja mit nahezu Körpertemperatur aus der Haut austritt, kann den Körper also gar nicht herunter kühlen. Erst durch das Verdunsten wird der Haut Wärme entzogen, wodurch der gewünschte Kühleffekt eintritt.

Flimmern über heißen Oberflächen

Jetzt in der warmen Jahreszeit wieder häufig zu beobachten: Ein merkwürdiges Flimmern auf Asphalt, schwarzen Fensterbänken oder anderen heißen Oberflächen. Hast du dich schon einmal gefragt woher das kommt? Hier gibt es die Erklärung.

Zuerst einmal benötigt es dafür eine heiße Oberfläche. Und zwar eine, die deutlich wärmer ist, als die Luft darüber. Diese Luft erwärmt sich im Bereich direkt über der heißen Oberfläche, z.B. Asphalt. (Es funktioniert natürlich auch mit anderen Wärmequellen) Wärmere Luft steigt immer nach oben, da mit steigender Temperatur die Dichte der Luft sinkt und sie somit leichter wird. Die aufsteigende Luft macht dadurch wieder Platz für „frische“ Luft, die auf die Oberfläche strömen kann und sich wiederum erhitzt. Außerdem kühlt die warme Luft beim Aufsteigen langsam wieder ab, so dass sich im Bereich über dem Asphalt mehrere Luftschichten unterschiedlicher Temperatur bilden. Die Aufwärtsbewegung dieser Schichten erfolgt aber in der Regel nicht gleichmäßig, sondern wild durcheinander. In der Technik nennt man eine solche Strömung „turbulent“. Wenn nun Licht, das später in unser Auge fallen soll, durch diese turbulente Strömung aus verschieden warmen Luftschichten fällt, wird es in jeder Luftschicht unterschiedlich gebrochen. (Für eine ausführliche Erklärung des Begriffes Brechung von Licht siehe: Wie entsteht eigentlich ein Regenbogen? ) Dieses „Wirrwarr“ aus gebrochenem Licht sehen wir dann als Flimmern, das aufzusteigen scheint, da sich die Luftschichten ja weiterhin nach oben bewegen.

Das gleiche Phänomen ist übrigens auch für die scheinbar nasse Straße verantwortlich. Licht kann nämlich an einer Grenze zwischen zwei unterschiedlich warmen Luftschichten auch reflektiert werden. (Für Begriffserklärung Reflexion siehe ebenfalls: Wie entsteht eigentlich ein Regenbogen? Was wir auf dem Boden als Pfütze sehen, ist eigentlich die Spiegelung des Himmels.

Im Allgemeinen nennt man eine solche Spieglung „Fata Morgana“. Dabei kann nicht nur der Himmel, sondern auch andere Gegenstände oder ganze Bergketten gespiegelt werden. Allerdings sollte für eine gut sichtbare Fata Morgana kein Wind wehen, um die Luftschichten möglichst nicht zu verwirbeln. Ist das der Fall, so entsteht eine deutliche Grenze zwischen einer kühleren und einer wärmeren Luftschicht, an der sich das Licht dann spiegeln kann.

In der Abbildung sieht man die Grenzschicht zwischen den Luftschichten (schwarzer Strich). Der Baum wird an dieser Schicht gespiegelt. Das Licht ist mit grauen Pfeilen gekennzeichnet. Aus Sicht des Betrachters, sieht es so aus, als wäre der Baum an der Stelle des grünen Punktes. In Wirklichkeit ist er deutlich weiter weg. Der Baum kann zwar bei einer einfachen Spiegelung auf dem Kopf stehen, doch ist das oft nicht so genau zu erkennen.

So kann es in der Wüste vorkommen, dass Nomaden Wasserstellen, Gebirgszüge oder sogar Städte an Stellen vermuten, an denen weit und breit nichts ist. Eine gespiegelte Stadt muss natürlich existieren, sie kann aber noch viel weiter weg sein als vermutet.

 

Quellen:

https://www.helles-koepfchen.de/lichterscheinungen/luftspiegelung-fata-morgana.html

https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Hitzeflimmern