Meine Nick-Ente als Wärmekraft-Maschine
Schon in meiner Jugend hat mich die Nick-Ente fasziniert, die man gelegentlich im Schaufenster eines Spielwarengeschäfts bei ihrer rastlosen Tätigkeit beobachten konnte.
Das Prinzip ist auf https://de.wikipedia.org/wiki/Trinkvogel beschrieben.
In den 60ern sah man sie häufig; dann war sie 20-30 Jahre verschwunden. Offensichtlich wegen der Flüssigkeit im Inneren. Wahrscheinlich Ether oder Frigen und deshalb verboten.
Vor einigen Jahren konnte man ihre Wiedererweckung erleben: Offensichtlich ist die Flüssigkeit jetzt Pentan, d.h. weniger gefährlich.
Im ersten Moment glaubt man an ein Perpetuum mobile oder an eine Maschine, die ohne Kraftstoff läuft.
Tatsächlich läuft sie mit Wasser. Durch die Verdunstung des Wassers am feuchten Schnabel wird sie im Gange gehalten. Ist der Schnabel trocken, so hört sie auf zu arbeiten; wie ein bayerischer Maurer.
Als ich statt Wasser Alkohol in das Trink-Glas füllte, nickte die Ente etwa doppelt so schnell. Das wird wohl an der schnelleren Verdunstung des Ethanols gelegen haben. (die
Verdampfungs-Wärme von Ethanol beträgt nur etwa 1/3 der Wasser-Verdampfungs-Wärme:
845 kJ/kg i. V. zu 2.257 kJ/kg)
Welche Leistung bringt denn das kleine Maschinchen?
Ich habe mit meiner Nick-Ente ein kleines Experiment durchgeführt.
Nicht sehr wissenschaftlich, weil die Umgebungs-Temperatur in meinem Wintergarten nicht konstant war und weil einige Tropfen Wasser an der Ente herunterliefen und deshalb nicht berücksichtigt wurden.
Also:
Zum Start wurde das Trinkglas randvoll gefüllt. Der Schnabel in das Wasser getaucht und los ging‘s. Ein Nick-Vorgang dauerte etwa 20 Sekunden. Und nach 10 Stunden (bei 25 Grad in meinem Wintergarten) musste ich 20 ml Wasser bis zum Rand auffüllen.
Die Rechnung (ganz grob; in einer Physik-AG kann man das wissenschaftlicher machen!):
1 Liter Wasser braucht zum Verdampfen ca. 2.000 kJ [= 2.000 kWs];
(==> bei 100 Grad sind es 2.257)
Ich rechne noch immer mit Kcal, wie ich es seit Schule und Studium gewohnt bin; das sind die berühmten 540 Kcal Verdampfungswärme, auf die die wunderbare Eigenschaft des Wassers beruht;
theoretisch müsste Wasser bei Normaltemperatur ein Gas sein!
==>1 ml entspr. ca. 2.000 Ws
Wasserverbrauch = 20 ml in 10 Stunden = ca. 2 ml/h = ca. 0,006 ml/s
Leistung = ca. 0,0006 x 2.000 [ml/s x Ws/ml =W] = ca. 1,2 W
Wenn die Verdunstungswärme des Wassers zu 100 % in Leistung umgewandelt wurde, leistet das kleine Maschinchen ca. 1 Watt. In Wirklichkeit vielleicht 1/3.
In einer Physik-Ag oder einem Projekt „Jugend forscht“ könnte man den Wirkungsgrad dieser Maschine bestimmen, indem man sie z.B. ein kleines Gewichtchen hochziehen lässt.
Also, ran an die Arbeit, ihr jungen Forscher!