Lavalampen

Wissenschaft Physik
#1

Wie funktionieren diese Dinger eigentlich? Woraus sind die Blasen, woraus besteht die umgebende Flüssigkeit?

cu

Josef

#2

ein ganz simples prinzip … unten heizt die lavalampe … das darauf liegende wachs wird erwärmt und steigt auf … es kühlt ab und sinkt wieder nach unten …

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#3

ein ganz simples prinzip … unten heizt
die lavalampe … das darauf liegende
wachs wird erwärmt und steigt auf … es
kühlt ab und sinkt wieder nach unten …

Das Prinzip ist schon klar. Aber warum steigt das Wachs auf? Welche Flüssigkeit wird verwendet? Bloß Wasser kann das ja wohl nicht sein, oder?

cu
Josef

#4
  1. Das „Wachs“ ist ein Stoff mit einer geringeren Wärmekapazität als das „Wasser“, damit es schneller sich erwärmt als das „Wasser“.
  2. Die Dichte beider Stoffe ist sehr ähnlich, im kühleren Zustand ist die des"Wachses" größer, im heißeren Zustand kleiner als die des „Wassers“.
  3. Die Dichteändereung des „Wachses“ bewirkt eine Auftriebskraft im „Wasser“.
  4. Suche in Stofftabellen Kombinationen für ähnliche Dichten und verschiedene Wärmekapazitäten und Du wirst sehen, daß eine Vielzahl von Stoffpaaren als „Wasser/Wachs“ - Kombination wirkt.

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#5

Funktionsweise und Bau einer Lavalampe in der Praxis

Gefüllt ist eine Lavalampe mit einer Wachsmischung welche eine etwas höhere Dichte als Wasser aufweist. Also behandeltes Wachs welches nicht auf Wasser schwimmt (wie normales Kerzenwachs), sondern so schwer ist dass es darin bei Raumtemperatur langsam zu Boden sinkt.

Bei Erwärmung der Lampe dehnt sich das Wachs ein klein wenig schneller aus als das Wasser.
Daher beginnt das Wachs dann ab einer bestimmten Temperatur ganz langsam zu steigen.
Oben in der Flasche kühlt sich das Ganze ein bisschen ab, das Wachs zieht sich etwas zusammen und beginnt zu sinken. Unten am Boden wird es durch die Birne (und die Spirale im Wachs) erneut erwärmt, beginnt sich auszudehnen und steigt dann langsam wieder auf

Probleme beim Nachbau:

  • Wachs ist normalerweise leichter als Wasser, also muss man es „irgendwie“ schwerer machen
  • Wachs ist ein schlechter Wärmeleiter
  • Die Dichte vom Wachs und vom Wasser muß bei 20° sehr eng beieinander liegen, bei 50°dagegen eine etwas größere Differenz aufweisen, daher muß die Lampe sozusagen justiert werden

Das wird folgendermaßen erreicht:

  1. Das Wachs wird in einem schweren, wasserunlöslichen Kohlenwasserstoff in einem Verhältnis so gelöst, daß die Mischung danach in etwa eine Dichte von 1 hat.
    Geeignet ist dazu z.b. (giftiges) Tetrachlorethen wie es in chemischen Reinigungen verwendet wird (früher auch „PER“ „PERK“ oder Perchlorethen genannt). Dieses Lösungsmittel hat eine Dichte von ca. 1,6, löst sich in Wachs, ist aber selber nur sehr schwer in Wasser lösbar.
    Also wird wird daher Wachs mit Tetrachlorethen solange (im erhitzen Zustand) gemischt/verrührt bis in etwa die Dichte von 1 erreicht wird. Also ungefähr 1:3
    Das Wachs ist danach nicht mehr fest, sondern sehr sehr weich, etwa wie weich gewordene Margarine.
    Dieses so behandelte Wachs wird in eine Glasflasche gegeben und sollte bei Zimmertemperatur auf den Boden sinken.
    Wachs ist ja normalerweise ein schlechter Wärmeleiter , daher liegt am Boden ein dunkler Ring/Spirale (aus nichtrostendem Metall) die die Wärmestrahlung der Birne im Wachs gleichmäßiger verteilt

  2. In die Flasche kommt dann destilliertes Wasser (kein Leitungswasser wegen möglicher Trübung) und ein winziger Tropfen Geschirrspülmittel, damit das Wachs nicht am Glas kleben bleibt.

  3. Danach wird die Lampe in Betrieb genommen und die Feinjustierung erfolgt dann mit ganz winzigen Prisen Glaubersalz (z.B. Regeneriersalz für Geschirrspüler) da das die Dichte von Wasser herabsetzt.

Somit ist nun das Prinzip klar:
Bei Zimmertemperatur hat die behandelte Wachsmischung eine leicht höhere Dichte und sinkt zu Boden
Bei Betriebstemperatur soll die Dichte des Wachses etwas niedriger sein als die des Wassers.
Zum feinjustieren kann die Dichte des Wasser durch winzige Glaubersalz zugaben etwas verringert werden wenn das Wachs bei Betriebstemperatur nur schwer oder gar nicht steigen will.
Steigt es wie verrückt dann muß dagegen die Wachsmischung neu mit etwas mehr schwerem Lösungsmittel neu angemischt werden oder man verringert die Wärmeabgabe der Hitzequelle unter der Lampe( z.b. Dimmer oder schwächere Birne

Da das Wachs mit einem Lösungsmittel gemischt werden muss um die Dichte zu erhöhen ist der Inhalt von Lavalampen prinzipbedingt giftig !!