Bier friert beim Öffnen

Wissenschaft Physik
#1

Hi,
kennt ihr das auch, dass ihr eine Flasche Bier in die Tiefkühltruhe gelegt habt und das Bier beim Rausholen noch flüssig ist. Sobald die Flasche geöffnet wird, gefriert das Bier allerdings vollständig.
Woran liegt das? Kann das etwas mit dem Joule-Tompson-Effekt zu tun haben?

Meine bisherige Erklärung ist folgende:
Das Bier dehnt sich in der Tiefkühltruhe aus und der Druck vergrößert sich somit. Dabei Entsteht Energie in Form von Wärme, die allerdings in der Truhe abgeleitet wird. Wird beim Öffnen der Flasche der Druck wieder vermindert, so benötigt das System irgendwie Energie und das Bier kühlt sich urplötzlich ab.

Ist die Erklärung richtig, oder gibt es eine andere Erklärung dafür?

Vielen Dank für eure Antworten.
Grüße
Christian

#2

Hi…

kennt ihr das auch, dass ihr eine Flasche Bier in die
Tiefkühltruhe gelegt habt und das Bier beim Rausholen noch
flüssig ist. Sobald die Flasche geöffnet wird, gefriert das
Bier allerdings vollständig.

Ja, das ist mir auch schon mal passiert.

Woran liegt das? Kann das etwas mit dem Joule-Tompson-Effekt
zu tun haben?

Meine bisherige Erklärung ist folgende:
Das Bier dehnt sich in der Tiefkühltruhe aus und der Druck
vergrößert sich somit. Dabei Entsteht Energie in Form von
Wärme, die allerdings in der Truhe abgeleitet wird.

Dieser Teil ist mindestens unwichtig, evtl. sogar unrichtig. Es gibt ein Gleichgewicht zwischen dem CO2, das im Bier gelöst ist, und dem, das oberhalb des Bieres in der Flasche ist. Dadurch ist der Druck in einer ungeschüttelten Bierflasche im relevanten Temperaturbereich annähernd konstant. Wichtiger ist: Ein Überdruck ist immer vorhanden.

Wird beim Öffnen der Flasche der Druck wieder vermindert,
so benötigt das System irgendwie Energie und das Bier kühlt
sich urplötzlich ab.

Erklärung 1: Ein Gas, das unter Druck steht, kühlt sich beim Entspannen ab. Bierflaschen stehen immer unter Druck. Folglich wird ein Bier durch Öffnen (geringfügig) kälter. War es vorher schon nahe an den Gefrierpunkt (der liegt wegen des Alkoholgehalts etwas unter 0 Grad) gekühlt, friert es ein.

Erklärung 2: Man kann Wasser bis unter den Gefrierpunkt kühlen, ohne daß es einfriert. Bei Erschütterung gefriert es dann schlagartig. Das Öffnen einer Bierflasche ist zwar keine sonderliche Erschütterung, kann aber schon ausreichen. Spätestens das darauffolgende Ausperlen von CO2 führt zu einer hinreichenden Bewegung in der Flasche. BTW: Schüttelt man die ungeöffnete Flasche, kann sie in der Hand platzen - sicher nicht lustig.
Derselbe Trick funktioniert auch beim Kochen: In einem Mikrowellenherd kann man Wasser auf 100 Grad erhitzen, ohne daß es kocht. Beim Herausnehmen beginnt es plötzlich zu kochen, kocht schlimmstenfalls über und läuft einem über die Hände. Passiert selten, aber oft genug, daß Mikrowellenhersteller in den Bedienungsanleitungen vor dem Effekt warnen.

genumi

#3

Hi, so ungefähr.

Die Kohlensäure im Bier entspannt sich beim Öffnen der Flasche. Druckabfall führt bei Gasen zu Temperaturabnahme. das kannst Du u.a. ausprübeiren, wenn Du eine Gasflasche auftrehst, diese wird an dem Ventil rasch sehr kalt.

Es kann auch passieren, dass das Bier unterkühlt ist, dh. bereits unter 0°C hat. Wenn man es schüttelt, bilden sich Bläschen =>Keime, an denen sich Eiskristalle anlagern und rasch wachsen. was auch zum Platzen der Flasche führen kann.

A.

#4

Mein Senf
Hallo,

ich denke das Gefrieren kommt durch einen Phasensprung durch den Druckabfall beim Öffnen.

Das kann man sich so vorstellen:
Beim Gefrieren von Wasser dehnt sich das entstehende Eis ja aus. Wenn nun für diese Ausdehnung kein Platz da ist, weil das Volumen durch eine äußere Begrenzung beschränkt ist, dann steigt zwar der Druck, das Wasser bleibt aber flüssig. Wenn nun die Flasche geöffnet wird, verschwindet der äußere Zwang, der Druck sinkt schlagartig und das Wasser kann nun endlich gefrieren.

Zu den anderen Erklärungen:
Dass dem Wasser beim Öffnen die nötige Wärme entzogen wird, glaub ich nicht. Dazu ist die zum Gefrieren einer kompletten Bierflasche notwendige Wärmemenge einfach zu groß.

Die Sache mit der Unterkühlung und den beim Öffnen entstehenden Kondensationskeimen an denen dann das Wasser gefriert, halte ich auch für unwahrscheinlich, da im Bier ja ohnehin viel „Fuselstoffe“ drin sind und deshalb eigentlich auch immer genug Kondensationskeime vorhanden sein sollten.

Gruß
Oliver

#5

Hi,
na ja es geht um Bier aus der Tiefkühltruhe (die normalerweise -16°C oder mehr bringt), so dass durch die sich entspannnende Kohlensäure nur noch ein Minimum an Wärme entzogen werden muss.

A.

#6

Senf von Oliver, Majo von mir :wink:
Hallo Christian,

wenn man einem Körper (hier eine Flasche Bier) die Wärme Q oder mechanische Arbeit W zugeführt wird, dann erhöht sich seine innere Energie U. Wenn mann Q oder W abführt dann sinkt natürlich U.

Somit ist Q+W = ΔU = U2 - U1

und es folgt dU = dQ + dW und schon habe wir den 1. Hauptsatz der Thermodynamik.

beziehen wir die mechanische Arbeit W auf Druck und Volumenänderung, bekommen wir dQ = dU + (p*dV)

Nun haben wir bei der Bierflasche aus der Gefriertruhe ein isobares, isothermes System, bei dem wir das isobare verhalten durch öffnen der Flasche ändern.

Man kann dU auch durch cv*dT beschreiben und da sich im Augenblick des Öffnens die Temperatur nicht wirklich ändert ist dT=0.

Somit ist dq = p*dv, da dq ja gleich bleibt und wir p ändern, ändert sich zwangsläufig auch dv. Wir nehmen den Druck von der Flasche p wird kleiner also muß dv größer werden. Die Flüssigkeit will sich ausdehnen und wird zu Eis.

Die Erniedrigung des Druckes kommt natürlich von dem entweichendem Gas.

Man solche Themen machen immer Durst.

Prosit

olli

#7

Hi,

na ja es geht um Bier aus der Tiefkühltruhe (die normalerweise
-16°C oder mehr bringt), so dass durch die sich entspannnende
Kohlensäure nur noch ein Minimum an Wärme entzogen werden
muss.

Um den Phasenübergang vom flüssigen Wasser zu festen Eis zu ermöglichen, muss man aber IMMER unabhängig von der Temperatur sog. Schmelzwäre entziehen und diese ist bei einem halben Liter Bier sehr hoch und kann durch das bisschen Luft im Flaschenhals nicht aufgenommen werden.

Davon abgesehen, wenn Bier bei -16°C noch nicht gefroren ist, muss das schon eine Ursache haben. Und wenn das Bier dann beim Öffnen schlagartig gefriert ist es viel naheliegender den Grund im verschwinden dieser Ursache zu suchen.

Gruß
Oliver

1 Like
#8

Hallo allerseits,

zur Vereinfachung und besseren Anschaulichkeit nehm ich hier die alten Einheiten, also die kcal.

Bier besteht hauptsächlich aus Wasser. Zur weiteren Vereinfachung wird nur für Wasser gerechnet.

Ein Liter Wasser (besser 1 kg) hat bei -16 °C eine „Kältemenge“ von -16 kcal. Die Erstarrungsenthalpie beträgt 80 kcal pro kg. Da sind die 16 für das unterkühlte Wasser nur 20 %.

Mehr als 20 % Eis werden also wohl kaum in der Bierflasche sein!

Gruß
Pat

#9

Danke
Danke an alle, ich glaube, das hilft mir alles schon weiter.
Grüße
Christian

#10

Offtopic: -16°C ??
Hallo,

Da sind die 16 für das unterkühlte Wasser nur 20
%.

Ich halte die -16°C für ein Gerücht! Damit Bier bei dieser Temperatur noch flüssig ist, gibt es 2 Möglichkeiten: Unterkühlung oder Schmelztemperaturerniedrigung.

Zur Unterkühlung:
Vielleicht schafft man es reinstes Wasser unter Laborbedingen auf -16°C zu unterkühlen, was schon äußert schwer sein dürfte. Aber wir reden hier von Bier in der Gefriertruhe. Da dürfte schon das Rödeln des Aggregats die Unterkühlung verhindern, von den Fuselstoffen im Bier ganz zu schweigen.

Schmelztemperaturerniedrigung:
Damit Wasser bei dieser Temperatur noch flüssig ist, muss der Druck 1600 bar betragen!! Die Flasche die das aushält möchte ich sehen.

Gruß
Oliver

#11

Hi,

du hast noch vergessen, dass der Alkohol im Bier den Schmelzpunkt auch etwas erniedrigt. Aber das wird nicht allzuviel sein, so dass ich generell sagen würde, dass Bier bei -16°C nicht mehr flüssig sein sollte.

mfg
deconstruct

#12

Die richtige Erklärung
Hi,

die korrekte Erklärung ist folgende: Das Bier ist unter den Gefrierpunkt abgekühlt und müßte „eigentlich“ schon gefroren sein. Aus Mangel an Kristallisationkeimen kann es aber vorkommen, daß der Frierprozess noch nicht eingesetzt hat.

Beim Öffnen der Flasche gast etwas Kohlendioxid aus. Dadurch wird der Gefrierprozess ausgelöst.

Das Erstarren erzeugt Wärmeenergie. Diese wird an die unterkühlte Flüssigkeit abgegeben, bis sie Null Grad hat. Dann hört der Erstarrungsprozess auf.

D.h Beim Einfrieren erwärmt sich das Bier auf (ca.) Null Grad.

Nicht richtig ist, daß die Expansion des CO2 merkliche Kälte erzeugt. Der Effekt ist zwar vorhanden, aber sehr gering.

Ebenfalls nicht richtig ist, daß der Überdruck den Gefrierpunkt so stark erniedrigt. Dazu wären ungeheure Drücke notwendig.

Gruß
Moriarty

#13

Tach Christian,

ich möchte mich Moriarty anschließen.

Seine Erklärung ist m.E. die beste und der ‚Wirklichkeit‘ am nächsten kommende.

Gandalf

#14

Hi Oliver,

Zur Unterkühlung:
Vielleicht schafft man es reinstes Wasser unter Laborbedingen
auf -16°C zu unterkühlen, was schon äußert schwer sein dürfte.
Aber wir reden hier von Bier in der Gefriertruhe. Da dürfte
schon das Rödeln des Aggregats die Unterkühlung verhindern,
von den Fuselstoffen im Bier ganz zu schweigen.

Bierflaschen sind innen sehr glatt. Für sooo unwahrscheinlich halte is es nicht, daß es (kurzfristig) so kalt werden kann.

Schmelztemperaturerniedrigung:
Damit Wasser bei dieser Temperatur noch flüssig ist, muss der
Druck 1600 bar betragen!! Die Flasche die das aushält möchte
ich sehen.

Ethanol erniedrigt den Schmelzpunkt des Wasser auch. Bei bummelig 5 % Ethanol sind es etwa 2 °C. Nicht viel, aber der Mensch freut sich.

Gandalf

#15

du meinst ‚besserbehaupti‘
Hi Gandalf,

Bierflaschen sind innen sehr glatt. Für sooo unwahrscheinlich
halte is es nicht, daß es (kurzfristig) so kalt werden kann.

Das glaub ich einfach nicht, kennst du vielleicht einen Link oder sowas der das bestätigt?

Gruß
Oliver

#16

dito
Hallo,

ich möchte mich Moriarty anschließen.

Seine Erklärung ist m.E. die beste und der ‚Wirklichkeit‘ am
nächsten kommende.

Ich möchte mich nun ebenfalls Moriarty anschließen.
Ich hatte zwar zuerst eine Schmelzpunkterniedrigung favorisiert, aber ein Nachschlagen in Tabellenwerten hat ergeben, dass man pro 1 Kelvin Temp.erniedrigung einen Überdruck von 100 bar (!!) benötigt. Das hält kein Kronkorken aus damit bleibt nur die Erklärung mit der Unterkühlung.

Gruß
Oliver

#17

Tach Oliver,

Das glaub ich einfach nicht, kennst du vielleicht einen Link
oder sowas der das bestätigt?

einen Link nicht, aber eigene Erfahrung.
Allerdings nicht mit Wasser sondern mit organischen Lösemitteln (und Gemischen). Die lassen sich in Chemikalienflaschen aus Glas, die einer Bierflasche gleichen, locker einfrieren, ohne zu gefrieren.
Das haben wir mal zufällig erlebt, als eine nicht so besondes begabte Auszubildende Flaschen mit Lösemitteln die auch so um die 0 °C fest werden aus Versehen ins Gefrierfach stellte. Die waren zu einem guten Teil flüssig als wir sie rausnahmen und erstarrten erst nach (heftiger) Bewegung.

Gandalf

#18

Moin Moin Gandalf,

Das haben wir mal zufällig erlebt, als eine nicht so besondes
begabte Auszubildende Flaschen mit Lösemitteln die auch so um
die 0 °C fest werden aus Versehen ins Gefrierfach stellte.

Ja ok, im Gefrierfach, da wird es aber auch nur so ca. -6°C kalt, weit entfernt von den -16°C in der Gefriertruhe.

Gruß
Oliver

#19

Hi,

Ebenfalls nicht richtig ist, daß der Überdruck den
Gefrierpunkt so stark erniedrigt. Dazu wären ungeheure Drücke
notwendig.

hmmm, ich hatte genau dieses auch im Verdacht gehabt. Ich beobachtete nämlich einmal folgendes:

ich nahm die Flasche aus dem Gefrierfach, das Bier war noch flüssig. Ich öffnete die Flasche, und das Bier gefror sofort, aber nicht ganz, sondern nur am oberen Viertel oder Fünftel, so daß sich ein Eispfropfen bildete, der die Flasche wieder verschloß.

Ich ließ die Flasche bei Zimmertemperatur stehen. Der Eispfropfen begann zu schmelzen, so daß er von unten ein wenig nach oben gedrückt wurde. Da konnte ein bißchen Flüssigkeit entweichen, die wieder sofort gefror. Der Pfropfen wurde etwas größer. Das wiederholte sich ständig, so daß nach etwa einer Viertel- bis einer halben Stunde sich ein langer Zylinder aus Eis gebildet hatte, der den gleichen Durchmesser wie die Flaschenöffnung hatte und etwa 30 bis 40 cm hoch war.

Meine Vermutung war, daß der Kohlensäure-Anteil die Gefriertemperatur absenkte. Wenn der Eispfropfen wieder schmolz, konnte aus dem flüssigen Bier noch etwas CO2 entweichen, so daß die Gefriertemperatur wieder etwas höher war, was zum sofortigen Frieren führte. Lag ich so falsch?

Auf jeden Fall war mein Eiszylinder eine kuriose, aber imposante Erscheinung. Ich habe mehrfach versucht, das wieder hinzukriegen, aber einmal platzte mir die Flasche im Kühlfach, bei den anderen Versuchen fror es ganz normal.

Gruß

Sancho

#20

Hi Oliver,

Ja ok, im Gefrierfach, da wird es aber auch nur so ca.
-6°C kalt, weit entfernt von den -16°C in der
Gefriertruhe.

ne, das hab ich falsch geschrieben, es war schon eine Gefriertruhe und die hat sogar (habs eben noch mal nachgesehen) -23 °C

Gandalf