Guten Tag, mich beschäftigt folgendes Phänomen: Wasser kühlt langsamer ab, wenn es länger gekocht wurde. Zum Beispiel wenn das Wasser aus dem einen Topf 10 Minuten kochte, das aus dem anderen nur 2 Minuten. Beide Wässer werden in gleichen Behältern unter gleichen Bedingungen (Zimmertemperatur) abgekühlt. Hat jemand dafür eine wissenschaftliche Erklärung und wie kann die Abkühlgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Dauer des Kochens berechnet werden? Kann das ganze einen Zusammenhang mit dem Mpemba-Effekt haben?
Guten Tag, mich beschäftigt folgendes Phänomen: Wasser kühlt
langsamer ab, wenn es länger gekocht wurde.
Was für ein Behälter ist das denn? Kochendes Wasser hat eine Temperatur von um und bei 100°C. Dabei ist es unerheblich, wie lange man es kocht. Im Gegenteil. Wenn man es zu lange kocht, dann verdampft eine Menge und der Rest sollte (da weniger Masse) schneller abkühlen.
Wenn Aber der Topf eine große Wärmekapazität hat, dann kann er bei längerem „Kochen“ je nach Beschaffenheit einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Messung haben. Z.B. gibt es Töpfe, die Wärme über den Boden sehr schnell und effizient an den Inhalt weitergeben, während die Wände noch relativ kühl bleiben. Wenn man den Inhalt länger kocht, werden auch die Wände warm und müssen beim Abkühlen berücksichtigt werden.
Kann das ganze einen
Zusammenhang mit dem Mpemba-Effekt haben?
Eher nicht. Das Verdampfen des Wassers sollte eher eine schnellere Abkühlung zur Folge haben.
Gruß
Fritze
Hallo,
also ich kann mir vorstellen, dass die Verteilung des kochenden Wassers in dem einen Topf zu 100% war durch das längere aufheizen und bei dem anderen Topf das Wasser nur lokal gekocht hat.
mfg
Bert
Hallo
Guten Tag, mich beschäftigt folgendes Phänomen: Wasser kühlt
langsamer ab, wenn es länger gekocht wurde. Zum Beispiel wenn
das Wasser aus dem einen Topf 10 Minuten kochte, das aus dem
anderen nur 2 Minuten. Beide Wässer werden in gleichen
Behältern unter gleichen Bedingungen (Zimmertemperatur)
abgekühlt. Hat jemand dafür eine wissenschaftliche Erklärung
und wie kann die Abkühlgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der
Dauer des Kochens berechnet werden?
T~
^
°C |
|
100-| \* \* \* \* \* \* \*
| \* \*
80-| \*
| \* |
60-| \*
| \* |
40-| \*
| \* |
20-| \*
| \* |
0-+------+------+------+------+------+------+------+------+
0 1min 2min 3min
T~ - mean temperature, t - cooking time
Kann das ganze einen Zusammenhang mit dem Mpemba-Effekt haben?
Den gibts gar nicht. Jedenfalls nicht so,
wie man sich das denkt 
Grüße
CMБ
Danke für eure Erläuterungen. Ich beschreibe mal den konkreten Versuchsaufbau und -ablauf (vor allem für Fritze).
Wir kochten jeweils etwa 1 Liter Wasser in zwei fast gleichen Töpfen. Der erste wurde 10 bis 12 Minuten früher aufgesetzt. Die Töpfe mit den kochenden Wässern nahmen wir gleichzeitig vom Herd und kippten jeweils eine Tasse voll. Die Tassen sind fast gleich (Größe, Form, Temperatur aus dem Schrank, nur zwei unterschiedliche Spongebob-Bilder, aber das sollte unerheblich sein). Die Thermometer in den Tassen zeigten beide knappe 100 °C an. Ein Thermometertausch zeigte keinen signifikanten Unterschied. Die Tassen standen dann ein paar Minuten in der Spüle. Beim erneuten Thermometereinsetzten hatte das lange gekochte Wasser 62 °C, das kurz gekochte 60 °C. Der erneute Thermometertausch bestätigte das Messergebnis.
Die beschriebenen Einflüsse (Wassermenge durch Verdampfen, Temperatur der Gefäße) können es nicht sein.
Das mit dem unvollständigen Kochen halte ich nicht für plausibel.
Thomas
Hallo
Die Töpfe mit den kochenden Wässern nahmen wir gleichzeitig
vom Herd und kippten jeweils eine Tasse voll. Die Tassen sind
fast gleich (Größe, Form, Temperatur aus dem Schrank, nur zwei
unterschiedliche Spongebob-Bilder, aber das sollte unerheblich
sein).
Welche Farben hatten die Tassen?
Grüße
CMБ
1 Like
Wiederhole den Versuch jeweils mit leicht abgewandelten Vorgehensweisen:
-
Vertauschte Tassen
-
Vertauschte Töpfe
-
Vertauschte Tassen und Töpfe
-
Identische Tassen, aber vertauschte Positionen innerhalb der Spüle
usw.
Wenn Du immer - reproduzierbar - denselben Temperaturunterschied rauskriegst, dann wird es interessant. Bis dahin glaube ich eher an einen Fehler im Versuchsaufbau.
Die Farbe der Tassen wurde schon angesprochen. Die Nähe zu einer reflektierenden Wand, die Unterlage, leicht unterschiedliche Mengen, … könnten weitere Erklärungen sein. Mit Verlaub: 2°C sind auch nicht schrecklich viel…
Michael
2 Like
Hallo,
bei so einem Experiment spielen so viele Parameter rein, dass Du ein wirklich aussagekräftiges Ergebnis nur mit einer größeren Messreihe bekommst.
Du musst exakt die gleiche Menge Wasser in exakt gleiche Tassen füllen am exakt gleichen Ort abkühlen. Selbst wenn die Tasseb gleich aussehen, können die Wände z.B. unterschiedlich stark sein und damit der Wärmedurchgang. Am Besten nimmt man die gleiche Tasse für beide Kochdauern. Sie muss vor dem Experiment immer die gleiche Temp haben. Die Tasse stellt man auf eine Waage an einem Ort ohne Luftzug und wiegt exakt die gleiche Menge heißes Wasser ein. Dabei muss der Einfüllvorgang exakt gleich vorgenommen werden, da sonst durch Verdunstungsunterschiede zu unterschiedlicher Wärmeverlust entsteht. In die Tasse hängt man ein Thermometer, welches man im Minutenabstand abliest, ohne zu nahe an die Vorrichtung heranzutreten (Luftzug! -> elektronisches Thermometer). Damit bekommt man eine Abkühlkurve. Man kann natürlich die Tasse abdecken um Verdunstung zu vermeiden. Dann muss natürlich der Deckel auch immer die gleiche Ausgangstemperatur haben.
Immer noch Lust auf ein exaktes Experiment? Dann viel Spaß!
Gruß, Niels
temperaturgradient?
Die Tassen standen dann ein paar Minuten in der
Spüle. Beim erneuten Thermometereinsetzten hatte das lange
gekochte Wasser 62 °C, das kurz gekochte 60 °C.
möglichkeit, wenn die tassen nebeneinanderstehen und die thermometer ungleich positioniert hast(und nicht eine der tassen näher am herd steht):
temperaturen
{
rechte tasse = ta
linke tasse = tb
rechte seite = tc
linke seite = td
}
tc von ta = td von tb und
tc von tb = td von ta , aber
tc von ta td von tb.
Hossa 
Durch das längere Kochen verdampft mehr Wasser. Der Wasserdampf sammelt sich über der Wasseroberfläche an, so dass der Druck auf diese Oberfläche erhöht wird. Die Wassermoleküle brauchen nun zum Verdunsten etwas mehr Energie, um gegen diesen zusätzlichen Druck anzukämpfen, sie müssen also mehr Wärme aufnehmen. Und was wärmer ist, braucht länger zum Abkühlen.
Dieses Phänomen ist als „Dampfdruck“ bekannt. In München mit etwa 560m über Meereshöhe kocht Wasser bereits bei 98°C. In Hamburg hingegen erst bei 100°C, auf Grund des höheren Druckes auf Meereshöhe.
Der Effekt wird besonders deutlich, wenn deine Töpfe einen Deckel haben. Aber selbst ohne Deckel ist der Effekt, wenn auch deutlich schwächer, messbar.
Hallo,
als Fehlerquelle kommt hier zu all den schon genannten noch folgende:
Der Rand des Topfes muss eigentlich auch 100°C warm werden. Bei der kürzeren Kochzeit kann es sein, dass der Rand noch kühler ist. Wenn Du dann das siedende Wasser aus dem Topf in die Tassen gießt, läuft es über den etwas kühleren Rand und kühlt etwas mehr ab.
Die Verdunstung (im Kochtopf) spielt m.E. bei Euch keine Rolle, da ihr ein definiertes Volumen in die Tassen füllt. Es ist unerheblich, ob das Volumen aus einem halben oder einem ganzen Liter kochendem Wasser entnommen wird!
Wie schon geschrieben, kannst Du viele systematische Effekte durch einen besseren Versuchsaufbau verringern. In jedem Fall solltest du den Versuch häufiger wiederholen, und zwar mit allen möglichen Kombinationen von Topf, Tasse und Thermometer und der Reihenfolge der Befüllung. Die Befüllung (Art, Geschwindigkeit und exakte Menge) und auch die Messposition in der Tasse kannst du unter Haushaltsbedingungen nur schwer gut kontrollieren. Hier wirst Du einen zufälligen Fehler einbringen (genau wie beim Ablesen der Thermometer). Zufällig ist gut, weil sich solche Fehler durch Mittelwertbildung herausmitteln. Aus darum schon: Viele Messungen machen. Da das Ablesen der Thermometer eine persönliche d.h. phsychologische Komponente hat (die Werte eines Digitalen Th. schwanken, die Ablesegenauigkeit eines analogen Th. lässt einen gewissen Spielraum zu), sollte der Versuch geblindet werden. D.h., die Person, die abliest, sollte NICHT wissen, in welcher Tasse welches Wasser ist.
Am Ende werden natürlich unterschiedliche Mittelwerte herauskommen. Die Frage ist nun, wie wahrscheinlich solche Unterschiede rein zufällig (also durch die Streuung der Einzelergebnisse) zustande gekommen sein könnte. Zur Auswertung sollte man sich dann erstmal die Verteilung der Messergebnisse anschauen. Ist die Streuung der Einzelergebnisse klein im Vergleich zum Unterschied der Mittelwerte, dann ist das interessant: Vielleicht habt ihr einen neue physikalische Eigenschaft der Wassers entdeckt! Dann kann man die Daten dieses Experiments nutzen, eine konfirmatorische Studie zu planen, die dann auch ganz ordentlich statistisch ausgewertet wird, um die Irrtumswahrscheinlichkeiten sauber zu quantifizieren. Hierbei kann man sich dann auch noch überlegen, ob man den Einfluß anderer Faktoren gleich mituntersuchen will (Art / Form / Dicke / Material der Tasse), andere Kochzeiten, Luftfeuchtigkeit & Temperatur in der „Küche“, usw.
Wenn die Auswertung dieser Daten dann auch diesen Effekt zeigt, ist das schon eine Publikation in einer Fachzeitschrift wert. Super wäre es dann natürlich, wenn ihr Hypothesen über den möglichen physikalischen Mechanismus dahinter aufstellt, die ihr anhand geschickter weiterer Experimente überprüft. Spätestens hier wäre eine Kooperation mit einem physikalischen Institut vorteilhaft.
Viel Spaß beim Forschen
Jochen
Hallo,
was Du erzählst ist unsinnig.
Durch das längere Kochen verdampft mehr Wasser.
stimmt
Der
Wasserdampf sammelt sich über der Wasseroberfläche an,
stimmt nicht. Wasserdampf ist leichter als Luft. Der Wasserdampf steigt auf.
so dass
der Druck auf diese Oberfläche erhöht wird.
Schon nach kurzer Zeit entsteht über der Oberfläche des kochenden Wassers ein gesättigtes Dampf-Luft-Gemisch. Nehmen wir mal an, die Herdplatte habe 1,5 kW, von denen vielleicht 1,3 kW in die Verdampfung gehen (der Rest in die Wärmeabfuhr durch Strahlung und „Luftkühlung“ am Topfäußeren). Das sind dann 1300 J/s. Wasser hat eine Verdampfungsenthalpie von 2250 J/g. Das heißt, es verdampft bei der angegebenen Leistung pro Sekunde ca. 1/2 g Wasser. Bei einer Molmasse von 18g ist das 1/36 mol oder ca 0,6 Liter Dampf - unter Normalbedingungen. Bei 100°C ist es ein noch deutlich größeres Volumen. Wenn der Topf 10 Minuten kocht sind folglich 216 Liter Wasserdampf entstanden. Und der sollen jetzt komplett senkrecht über dem Topf stehen und den Druck erhöhen (im Vergleich mit den 40 Litern Dampf bei 2minütigem Kochen)?
Die Wassermoleküle
brauchen nun zum Verdunsten etwas mehr Energie, um gegen
diesen zusätzlichen Druck anzukämpfen,
nein, denn es entsteht kein zusätzlicher Druck
sie müssen also mehr
Wärme aufnehmen. Und was wärmer ist, braucht länger zum
Abkühlen.
Kochendes Wasser hat (unter Normalbedingungen) 100°C. Es ist also nicht wärmer.
Dieses Phänomen ist als „Dampfdruck“ bekannt. In München mit
etwa 560m über Meereshöhe kocht Wasser bereits bei 98°C. In
Hamburg hingegen erst bei 100°C, auf Grund des höheren Druckes
auf Meereshöhe.
ich glaube, Du mischst da einiges durcheinander.
Der Effekt wird besonders deutlich, wenn deine Töpfe einen
Deckel haben. Aber selbst ohne Deckel ist der Effekt, wenn
auch deutlich schwächer, messbar.
Denk an die Ausgangsfrage: Es geht um zwei Töpfe mit kochendem Wasser. Der wesentliche Unterschied ist die Kochdauer.
Gruß, Niels
Hallo,
als Fehlerquelle kommt hier zu all den schon genannten noch
folgende:Der Rand des Topfes muss eigentlich auch 100°C warm werden.
der fragesteller hatte weiter unten noch mal erklärt, dass das wasser schon aus dem topf war, als die temperatur gemessen wurde.