Thermoelektrizität: hat jemand Erfahrungen gesammelt?

Lothol · Senior Member Anmeldungsdatum: 08.03.2009 Beiträge: 1003

In manchen Physikbüchern wird beschrieben, daß mit Thermoelektrizität ein 5 kg-Gewicht gehalten werden kann (frei hängend).
Der Aufbau der Anordnung dazu ist etwa so:
Ein runder Kupferstab (Durchm. 8mm) wird so durch 2 Bohrungen (8mm, Abstand ca. 5cm, parallel) in einem rechteckigen Eisenstück (geschätzt ca. 8 * 8 * 2 cm, Bohrungen sind gemittelt im 2cm-Bereich) geführt, daß vorderseitig (geschätzt) auf einer Seite etwa 8cm und auf der anderen Seite etwa 20 cm herausstehen. Hinterseitig ist der Kupferstab halbkreisförmig von einer Bohrung zur anderen geführt.
Vorderseitig ist in etwa 1cm Abstand vom Eisenstück zwischen die beiden Kupferstäbe ein 8mm-Rundstab aus Konstantan (ca. 60%Cu, ca. 40%Ni) eingelötet.
Das 20-cm Rundkupfer ist nach dieser Lötung senkrecht nach unten gebogen, damit es zur Kühlung in ein mit Wasser gefülltes Gefäß eintauchen kann.
Die Eisenplatte ist dann flach horizontal nach hinten auskragend.
Wird nun das kurz herausstehende Rundkupfer z.B. mit einem Bunsenbrenner erhitzt, baut sich lt. übereinstimmenden Beschreibungen in dem Eisenstück ein so hohes Magnetfeld auf, daß ein 5kg-Gewicht gehalten werden kann.

Die Vermutung, daß ein sehr hoher Strom fließen muß (es handelt sich ja immerhin nur um eine einzige Ampere-Windung) ist naheliegend.

Ein Bekannter und ich haben diese Anordnung interesseshalber mal nachgebaut (Lötung mit Silberlot) und kamen bei ca. 500 Grad C Erwärmung am kurzen Stück sowie Wasserkühlung am langen Stück zu den Meßergebnissen: Spannung ca. 0,002 V; Stromstärke ca. 0,025 A.

Ersteres hatten wir erwartet, letzteres hat uns überrascht, da es bei dieser Stromstärke unmöglich ist, das geschilderte Magnetfeld aufzubauen.

Hat jemand dazu Erfahrungen bzw. andere Ergebnisse gesammelt?
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mfG und: mit Stahl gibt's keine Qual

StudentT · Senior Member Anmeldungsdatum: 05.11.2006 Beiträge: 1623 Wohnort: Esslingen

Hallo!

Erstens ist es allein anhand der Beschreibung etwas schwer vorstellbar, wie die Anordnung genau aussieht. Kannst du hier mit einer Skizze oder einer Internetadresse mit einem Bild aushelfen?

Zweitens wo und wie habt ihr Spannung und Stromstärke gemessen?

Gruß,
Markus
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Lothol · Senior Member Anmeldungsdatum: 08.03.2009 Beiträge: 1003

Hallo

Zu deiner ersten Frage: komplette Fehlanzeige. Findest du nur in alten Physikbüchern.

Bzgl. Bild o.ä. habe ich im allgemeinen community-Forum (unter Bedienungsprobleme) 10 konkrete Fragen gestellt. Reaktion: 0

Ich wäre ja schon froh, wenn ich z.B. wüßte, wie ich einen Beitrag löschen oder aus anderen Beiträgen zitieren kann. Funktioniert bei nicht. Vielleicht könntest du mir da weiterhelfen?

Zu deiner zweiten Frage: V: zwischen den beiden Lötstellen.
A: dazu haben wir die eine Kupferwindung (nach der V-Messung) aufgesägt, um A messen zu können.

Gruß Lothol
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StudentT · Senior Member Anmeldungsdatum: 05.11.2006 Beiträge: 1623 Wohnort: Esslingen

Hallo!

Lothol · Senior Member Anmeldungsdatum: 08.03.2009 Beiträge: 1003

Hallo Markus,

danke für deine Tips - werde ich probieren.

Quellenangaben: Schmiedel - Süß, Physik für technische Berufe, Büchner Verlag Hamburg, 1961.
Ich fand es auch in einem noch älteren Buch, das ich aber momentan nicht finde. Dort ist es genauso beschrieben.

Bevor du lange wühlst, beschreibe ich es nochmal anders: du biegst eine 8mm - Kupferstange (ca. 70 cm lang) mittig mit Biegeradius r = 2,5 cm so, daß die freien Enden parallel in einer Ebene liegen.

Dann schiebst du eine kleine Eisenplatte (ca. 2 cm hoch), die zwei passende Parallel-Bohrungen (gemittelt in den 2cm Höhe der Platte) hat, auf den freien Kupferrohrenden soweit nach hinten, daß sie etwa am Biegungsbeginn anliegt; d.h. hinten ist dann der Bogen, die durch das Eisen geführten Stäbe stehen vorne frei heraus.

Zwischen die beiden freien Enden wird in etwas Abstand (2 - 3 cm) von der Eisenplatte eine Konstantan - Brücke eingelötet (8mm Durchm).

Nach dieser Brücke (in Richtung Stabende) ist eines der freien Enden mit 90 Grad nach unten gebogen (zwecks Kühlung in mit Wasser gefülltem Gefäß)

Ich nehme an, daß die genauen Abmessungen keine nennenswerte Rolle spielen.

Erhitzt man jetzt das Kupfer an dem Ende das frei heraussteht, während gleichzeitig das nach unten gebogene Ende im Wasserbad gekühlt wird, muß in der (einen!) Windung, die durch die Eisenplatte geht, so ein hoher Strom fließen, daß diese so stark magnetisiert wird, daß sie das 5 kg-Gewicht halten kann.

mfG Lothol
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sm00ther · Senior Member Anmeldungsdatum: 27.01.2008 Beiträge: 4384

Hi,

bevor dein Leiden noch schwerwiegende Spätfolgen hat

StudentT · Senior Member Anmeldungsdatum: 05.11.2006 Beiträge: 1623 Wohnort: Esslingen

Hallo Lothol!

Lothol · Senior Member Anmeldungsdatum: 08.03.2009 Beiträge: 1003

Hallo Markus,

den Versuch findest du a.a.O., S. 285.

Bzgl. Material-Kosten kann ich dir leider nichts sagen: Hatten/haben wir in unserem Fundus.
Konstantan ist - soweit ich es richtig im Kopf habe - eine Thyssen-Krupp-Marke. Üblicherweise ist es Heizleiter-Material. Du könntest evtl. bei conrad hinsichtlich größerer Durchmesser (um sie dann zu bündeln) fündig werden.

Gruß Lothol
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StudentT · Senior Member Anmeldungsdatum: 05.11.2006 Beiträge: 1623 Wohnort: Esslingen

Hallo!

Anscheinend ist genau der Abschnitt in meiner Auflage nicht mehr drin: Ich habe das Buch in 16. Auflage von 1963. Auf der besagten Seite geht es zwar um Anwendungen von Strom(wärme) aber der beschriebene Versuch fehlt, d.h. er muss eben genau davor noch drin gewesen sein und jetzt nicht mehr. Großes Pech, denn sonst hätte ich die Abbildung kurzerhand einstellen können. Wie auch immer, bin ich mittlerweile im Internet fündig geworden: Anscheinend wir an der Universität Karlsruhe im Physikpraktikum dieser Versuch durchgeführt. Hier die Materialien, die ich gefunden habe:

www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~simonis/praktikum/p2/p2-versuchsanleitungen/Waermeleitung.pdf

sowie Auswertungen dazu:

http://serpedon.de/Download/P2-32-Waermeleitung-und-thermoelektrische-Effekte/

Dort sind auch entsprechende Berechnungen durchgeführt worden. Aber rate(t) mal, was auch wieder fehlt? Genau: Eine aussagekräftige Abbildung.

Gruß,
Markus
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StudentT · Senior Member Anmeldungsdatum: 05.11.2006 Beiträge: 1623 Wohnort: Esslingen

Hallo Lothol!

Leider konnte ich dir aufgrund irgendeines Fehlers folgende Nachricht nicht per Privatnachricht senden, aber ich denke, hier liest du sie trotzdem:

Sorry, aber Fax habe ich keins (mehr); ich benutze nur noch E-Mail. Wie gesagt, Abbildungen habe ich hier auch noch nie eingefügt, aber es geht eigtl. ganz leicht: Wenn man eine URL - also eine Internetadresse des Bildes - hat, dann muss man nur oben den Button IMG drücken und fügt dann diese Adresse passend ein (eine Erklärung erhält man, wenn man nur den Mauszeiger auf die Taste fährt, ohne sie anzuklicken. Zwei Zeilen unter den Knöpfen erscheint dann diese Erklärung. So geht es, ein Bild einzufügen.

Aber mal abgesehen von der Skizze: Ich denke, dass die Berechnungen, die in den beiden Links, die ich dir im letzten meiner Beiträge hier angegeben habe vielleicht schon ganz nützlich sind, v.a. wenn die Abmessungen in etwa mit den Euren übereinstimmen. Vielleicht kannst du das mal genauer ansehen und die Werte vergleichen. Vielleicht erledigt sich das Thema dann ja schon.

Gruß,
Markus
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Lothol · Senior Member Anmeldungsdatum: 08.03.2009 Beiträge: 1003

Hallo

danke Markus für die Tips - muß ich mich noch durchwühlen. Ist alles nur eine Frage der Zeit.

In der Sache selbst haben wir inzwischen weiter ermittelt:

- Eisen weggelassen: für die A, die fließen, spielt das keine Rolle

- Konstantan-Brücke von 5cm auf 2,5 cm verkürzt. Ergebnis: Verschlechterung der Werte

- Konstantan-Brücke ausgelötet, an beiden Enden überdreht und ohne Lötung (d.h. nur mit Flächenpressung) eingesetzt. Ergebnis: nochmalige Verschlechterung

Fazit: Verkürzung Konstantan und Weglassen der Lötung bringt nichts.
Im nächsten Schritt werden wir die Konstantan-Brücke verlängern. Wenn das auch nichts bringt (was wir vermuten), werden wir die Kontaktfläche erhöhen.

Gruß
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StudentT · Verfasst am: 01 Apr 2009 - 09:20:07 Titel:

Hallo!

Erstmal denke ich, ein korrektes Bild aufgetrieben zu haben. Hier ist es:

Der Lehrbuchtext dazu lautet: "Die thermoelektrische Spannung lässt sich aber auch als Spannungsquelle für Thermoströme verwenden. Dies lässt sich an dem in der Abbildung gezeigten Experiment demonstrieren. Das eine Ende eines dicken Kupfebügels wird in Eiswasser gehalten, das andere mit einem Brenner erhitzt. Zwischen dem heißen und dem kalten Ende ist ein Steg aus einem anderen Metall gelötet, so dass zwischen den beiden Kontaktflächen K1 und K2 eine Thermospannung U auftritt, die im Kupferbügel einen Strom I=U/R erzeugt. Bei genügend kleinem Widerstand R kann I mehrere hundert Ampere betragen. Man kann den Thermostrom durch das von ihm in zwei lose aneinander liegenden Weicheisenplatten erzeugte Magnetfeld nachweisen. Dieses Magnetfeld ist stark genug, um die mit einem 5-kg-Gewicht beschwerte untere Platte zu halten. Die Platte fällt herunter, kurz nachdem der Brenner weggenommen wurde."

Knalltüte · Verfasst am: 01 Apr 2009 - 12:03:13 Titel:

den Strom müsste man doch mit einer Stromzange messen können
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Ich stell mich manchmal dumm, damit ich nicht allein dastehe.

StudentT · Verfasst am: 01 Apr 2009 - 12:25:28 Titel:

Hallo!

Lothol · Senior Member Anmeldungsdatum: 08.03.2009 Beiträge: 1003

Hallo

Zunächst vielen Dank an StudenT für die Bereitstellung des obigen Bildes sowie die weiteren Hinweise bzgl. A - Messung.

Das obige Bild ist bzgl. Querschnitten völlig anders als die mir vorliegenden Bilder:

1. der ausdrückliche Hinweis "dicker Kupferbügel" (nach Bild geschätzter Durchmesser ca. 20 mm - wir verwendeten 8 mm)
2. die Brücke ist wesentlich länger (geschätzt mindestens doppelt so lang wie Durchmesser Kupferbügel - wir verwendeten 8 mm)

Insofern sind das sehr weiterführende Hinweise, die auch unsere Vermutung, daß die Kontaktflächen erhöht werden müssen, bestätigen. Das werden wir untersuchen (Stromzangenmessung: kein Problem. Es könnte durchaus ein Meßproblem sein - glaube ich jedoch nicht, denn anfangs hatten wir Eisen in der Windung. Magnetisierung = 0).

Hier noch ein Hinweis für ebenfalls Interessierte:
wir haben Kupfer/Konstantan aus Korrosionsgründen gewählt. Andere Materialpaarungen sind ebensogut möglich.

Hier Werte (delta T von 1° liefert folgende Spannungen):

Konstantan/Eisen: 0,000053V
Kupfer/Konstantan: 0,000037V

Gruß
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