Die Knallgaszelle - ein Schulversuch

Hier können Erfahrungsberichte zu Experimenten auch formlos geschrieben werden.

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Newclears
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Beitrag von Newclears »

wenn's genehm ist!
Selbstverständlich ;) gehört ja zum Thema ;)
Für eine Knallgasexplosion ist keine Verdämmung nötig, da es sich ja um ein homogenes Gemisch handelt. Ich tippe mal darauf, dass ein RG schon einiges von der Schallenergie schluckt und ebenhalt nicht wie Schaum in alle Richtungen abgibt.
"...wie ein Sprecher betont,hat für die Bevölkerung zu keinem Zeitpunkt Gefahr bestanden."
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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Newclears hat geschrieben:Für eine Knallgasexplosion ist keine Verdämmung nötig, da es sich ja um ein homogenes Gemisch handelt. Ich tippe mal darauf, dass ein RG schon einiges von der Schallenergie schluckt und ebenhalt nicht wie Schaum in alle Richtungen abgibt.
OK, die Frage ist weniger warum der Schaum knallt. Es gibt ja noch andere brisante Stoffe die bei Entzündung ohne Verdämmung so rasch reagieren, daß es knallt - Iodstickstoff oder so. Die Frage ist eher, warum es bei Entzündung im RG nicht knallt.
Du meinst, das RG absorbiert die Druckwelle? Müsste sie nicht eher in Richtung der Mündung sogar verstärkt werden, da sich der Druck nur in diese Richtung entladen kann?
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher." (A. Einstein 1871 - 1955)

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wirehead
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Beitrag von wirehead »

Das Reagenzglas dürfte überhaupt einiges an Wärmeenergie (so viel ist das ja nicht) aus der Knallgasverbrennung absorbieren und damit die Ausbreitungsgeschwindigkeit reduzieren.

Propan/Sauerstoff Schaum im Pappbecher verbrennt übrigens ähnlich ohrenbetäubend.


BTW: Macht man bei der Knallgasprobe in das RG nicht reinen Wasserstoff anstatt ein gemisch?
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lemmi
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Beitrag von lemmi »

wirehead hat geschrieben:Das Reagenzglas dürfte überhaupt einiges an Wärmeenergie (so viel ist das ja nicht) aus der Knallgasverbrennung absorbieren und damit die Ausbreitungsgeschwindigkeit reduzieren.

Propan/Sauerstoff Schaum im Pappbecher verbrennt übrigens ähnlich ohrenbetäubend.
Geht die Wärmeleitung denn so schnell?

in den Experimentiervorschriften von Heumann steht, daß man starekwandige Gläser nehmen soll - offenbar sind die früher doch gelegentlich geplatzt. Nun kenne ich die Qualität der ehemaligen "dünnwandigen Gläser"ja nicht. Heumann beschreibt übrignes auch einen Knallschaum aus Sauerstoff, den man durch Ether perlen lässt und dann in Seifenwasser leitet . Zitat: "...wobei die Portzellanschale nicht selten zu Bruch geht."
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wirehead
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Beitrag von wirehead »

Wie gut die Wärmeleitung in dem Fall ist müsste ich auch recherchieren (Wärmeatlas könnte das wissen).
Wärmeleitung wäre zumindest der Mechanismus den ich mir da vorstelle. Eventuell ist auch noch Maßgeblich das die Flammfront die nur den Querschnitt des RGs sieht und somit auch weniger Ausbreitungquerschnitt zur Verfügung steht.

Das Wärmeleitung die (explosionsartige) Ausbreitung einer Flammfront verhindern macht man sich z.B. bei http://de.wikipedia.org/wiki/Flammendur ... gsicherung oder generell bei Zündschutzzverfahren im Explosionsschutz zunutze.

PS, vieleicht auch hierbei relevant
Eine Kondition für eine Detonation kann erst in einer geraden Rohrleitung ab einem Verhältnis D/L von > 1:200 entstehen - gerade Rohrleitungen zwischen den D/L Verhältnissen 1:50- und 1:200 sind zu vermeiden (diese können zu instabilen - nicht beherrschbaren Deflagrations-/ Detonationskonditionen führen
Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

@Xyrofl, komm wieder runter, es wurde wohl nur nicht deutlich genug, daß dein Kommentar aus Verwunderung geschah.
Alles klaaar! Hab mich wieder eingekriegt :P
Und dieses Pfeifen stammt von der Schwingung des RG's. Dadurch wird die Druckwelle absorbiert, würde ich sagen.
Klingt plausibel. Das ist vermutlich zu einem großen Teil nicht das Reagenzglas selber, was da schwingt, wie eine Glocke, sondern die Luftsäule im Reagenzglas, die also wie in einer gedackten Pfeife schwingt.
Wenn man das herausfinden möchte, dann kann man den "Pfeifton" mit einem Mikrophon aufnehmen und am PC einfach eine diskrete Fouriertransformation machen, dann bekommt man die Frequenzen. Wer das nicht kennt, keine Sorge das klingt kompliziert, ist aber gar nicht wild, das kann jedes Tonverarbeitungsprogramm, also das Einzige was wir brauchen ist eine Tonaufnahme, der Rest ist ein Kinderspiel, wenn einer eine hochlädt kann ich das schnell machen und den Graph hier posten, das ist gar kein Aufwand. Ist der Ton aber zu kurz, lassen sich die Banden nicht auflösen, vermutlich wird das nicht so ganz scharf, muss man sehen, ob das geht.

Sowas ähnliches hat man glaube ich auch bei dem "Bellenden Hund", da brennt die Flammfront auch schwingend in den Zylinder rein. Manchmal soll der Zylinder dabei aber auch detoniert sein. Man kann mit Rohren und Flammen auch einen "periodischen" Bellenden Hund erzegen indem man eine Gasbrennerflamme immer wieder durch ein Stahlrohr zurückschlagen lässt, wobei sie jedes Mal wieder einen Pfeifton macht. Je nach Gas-Sauerstoff-Mischungsverhältnis wird der Ton unterschiedlich (unterschiedlich verrauscht), die Hauptfrequenz bleibt aber weitestgehend erhalten.

Ich habe hier mal eine kleine Aufnahme des Tons, den man damit machen kann. Das war eine Sauerstoff-Propan-Flamme in einem grob 40cm langen Stahlrohr mit ca. 1 Zoll Innendurchmesser. Den Ton zu treffen ist nicht ganz einfach, das bläst sich leicht aus. Das Gebrüll im Video kommt daher, dass der Ton so laut ist, dass man sich selbst auf einem Meter nur noch brüllend unterhalten kann. Ohne Ohrschützer hämmert das auf den Ohren, dass sie nur so klingeln. Wenn ich mich richtig erinnere, versuche ich meinem Bruder, der die Aufnahme macht, den Befehl zu erteilen, nach draußen zu gehen um zu hören/aufzuzeichen, wie weit man das nach draußen schallen hört. Die Aufnahme wäre also noch länger gewesen.

Dass das was mit der absorbierten Wärme zu tun hat, glaube ich nicht. Dafür geht das alles viel zu schnell.
Hängt von dem Durchmesser des Rohres ab. Aber bei so schnellen Flammen sollte der viel viel kleiner sein müssen. Zumindest vom Gasbrenner kenne ich das, dass die Flamme mit scharfem Knacken "abknallen" kann, wenn man beim Schweißen nen Fehler macht und die Düsen sind sehr viel kleiner als Reagenzgläser. Andererseits hatte ich noch nie einen echten Knallgasbrenner in der Hand.
Kritische Durchmesser für Deflagrations-Detonations-Übergänge sind keine unbekannte Sache, nur wie groß ist der bei Knallgas? Müsste man mal googlen.
Wenn die Menschen und die Dschinn sich zusammentäten, etwas, das diesem Post gleicht, zustande zu bringen, würde ihnen das nicht gelingen – selbst wenn sie einander helfen würden.
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eule
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Beitrag von eule »

Ich schließe mich der Ansicht an, daß es mit Resonanz in der schwingenden Luftsäule zu tun hat. die Flamme brennt nicht mit überschallgeschwindigkeit durch, sodaß sich ganz kurz eine stehende Welle ausbilden kann, die dann praktisch die gesamte Energie "auffrißt". Die nicht in Resonanz befindlichen Frequenzen werden durch die enge Röhre gedämpft, die Resonanzfrequenz und ihre Harmonischen werden verstärkt. Dazu kommt, daß im Gegensatz zur Seifenblase eine "Wurst" statt einer Kugel abbrennt. Die Kugel brennt gewissermaßen schlagartiger ab, was den Knall verschärft, ein langgezogener heller Knall aber hört sich folgerichtig eben wie ein Pfeifen an.
Verschiedene Verhältnisse aus Länge zu Druchmesser zu Öffnungsweite des "Schalloches" dürften deutlich unterscheidbare Klänge ergeben. vgl auch denMensurenrechner für Orgelpfeifen und die besonderen klanglichen Ergebnisse sehr verschieden gebauter Pfeifengeometrien wie hier (]irgendwo ist da auch eine Abhandlung über die Mathematik des Orgenbaus sowie der Äolspfeifen zu finden) dargestellt.
Unendliche Vielfalt in unendlicher Kombination.

Agressiv und feindselig, boshaft, manipulierend und hinterhältig, hämisch, überkritisch, herrschsüchtig und sinnlos brutal, das sind die Primärtugenden, die zusammengenommen Menschen vor allen anderen Spezies auszeichnen.
Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

ein langgezogener heller Knall aber hört sich folgerichtig eben wie ein Pfeifen an.
Man hört das direkt, ob das in Resonanz ist oder nicht. Und am Computer sieht man es sowohl in der Frequenz-, als auch in der Orts-, bzw. Zeitdarstellung. Was wir als Knall kennen ist eigentlich im Grunde eher ein abrupt startendes und exponentiell abfallendes Rauschen, egal wie lang, es bleibt sehr rauschig, während Pfeiftöne viel reiner sind. Auf keinen Fall würde eine reine Stoßwelle (Also eine Periode und dann ist wieder Schluss) wie ein Knall klingen, das wäre ein sehr unnatürlich klingender Klick-Laut. Das klingt extrem seltsam und egal wie laut man es macht, es wird nie ein sattes "boom" und auch kein "Peng".
Deswegen klingt mein "periodischer, bellender Hund" auch nicht wie ein Maschinengewehr, sondern eher wie ein Truthahn wenn er sauber in Resonanz ist.

Für die erste Abschätzung können wir auch einfach λ = 2*leff benutzen, wobei wir aber bedenken müssen, dass die Schallgeschwindigkeit mit der Quadratwurzel der Temperatur wächst. leff ist dabei die Effektive Länge, also die Länge des Rohres plus Endkappenkorrektur, da kann man einfach grob den Radius auf beideSeiten draufschlagen.

Ach ja, man kann die Resonanz solcher Röhren manchmal komplett abwürgen, wenn man ein ausreichend starkes Horn aufsetzt. Wenn das Knallgas in einem gehörnten Reagenzglas detoniert anstatt zu pfeifen, wissen wir, dass es eindeutig die parasitären Moden sind, die alle Energie aufessen und den DDT verhindern.
Wenn die Menschen und die Dschinn sich zusammentäten, etwas, das diesem Post gleicht, zustande zu bringen, würde ihnen das nicht gelingen – selbst wenn sie einander helfen würden.
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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Wenn ich die diskussion mal Zusammenfasse kommt es im RG deswegen nicht zum Knall weil:
- Der Durchmesser des RG im Verhältnis der Länge zu groß für die Ausbildung einer Detonationswelle ist (ich versteh zwar nicht wieso, aber so habe ich es verstanden)
- sich eine Schwingung ausbildet, die einen Teil der Energie absorbiert, der dann nicht zur fortpflanzung der Reaktion zur Verfügung steht (kapiere ich auch nicht ganz)
- die Wandungen einen Teil der Energie absorbieren (glaub ich nicht, das geht zu schnell)
- sich die Explosion nur in eine Richtung fortpflanzen kann (ob das bei 2,8 km/sec Detonationsgeschwindigkeit eine Rolle spielt?)
- sich das Knallgas mit Luft verdünnt (logisch, aber ich habe meine Verbrennungen im RG immer mit der Mündung nach unten gemacht)

Interessant ist noch, daß die Knallgasreaktion einem anderen Explosionstypus angehört als die auf den ersten Blick doch sehr ähnliche Chlorknallgasreaktion.

Ich habe übrigens noch mal das Physikheft nachgesehen, da steht doch wirklich "0,19 cm3 Knallgas bei 20°C" und nicht "pro Sekunde - war also mein Fehler gewesen.
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Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

Interessant ist noch, daß die Knallgasreaktion einem anderen Explosionstypus angehört als die auf den ersten Blick doch sehr ähnliche Chlorknallgasreaktion.
Das ist soweit ich weiß noch zusätzlich druckabhängig.
In engen Rohren wird auf jeden Fall durch die Kollision der Radikale mit den Wandungen ein "Wandabbruch" stattfinden und der stoppt die Kettenreaktion. Das Gleiche gilt für die Abkühlung. Aber das Reagenzglas ist nicht wirklich eng. Wie gesagt, den kritischen Durchmesser könnte man vielleicht nachlesen.
- sich eine Schwingung ausbildet, die einen Teil der Energie absorbiert, der dann nicht zur fortpflanzung der Reaktion zur Verfügung steht (kapiere ich auch nicht ganz)
Das ist eine ganz seltsame Sache, aber von dem "bellenden Hund" wissen wir, dass selbst solche explosiven Mischungen wie Lachgas-Schwefelkohlenstoff schwingend abbrennen. Ich versuche das mal so zu erklären:
Wenn ich eine Detonation starten möchte, dann muss ich mit der Energie der Verbrennung eine gerichtete Stoßwelle aufbauen, die durch das Medium läuft und eine sehr schmale Front bildet in der Sich der Druck sehr stark aufbaut.
In einem Rohr gibt es aber noch eine andere Möglichkeit, man kann es wie eine Pfeife zum Schwingen anregen. Dann strömt periodisch Luft ein oder aus. Der Fall, wo Luft ausströmt verringert den Druck im Reagenzglas und wenn Luft einströmt erhöht das den Druck im Reagenzglas. Das ist die Bewegung einer stehenden λ/4 Welle in der einseitig geschlossenen Röhre. Wenn man irgendetwas macht, z.B. pustet, dann regt man immer diese Schwingung an, man kann auf dem Reagenzglas ja pfeifen, wenn man gut ist.
Wenn also das Knallgas grade anfangen will zu brennen, regt es diese Mode an und das bedeutet, die Flammfront muss der Wellenenbewegung folgen. Ausströmen bedeutet, die Flammfront entfernt sich von Gasgemisch = langsamere Verbrennung = weniger Druck. Das Ausatmen der Welle wird also verstärkt. Einströmen bedeutet, die Flammfront läuft schneller ins Gas, also mehr Druck, also wird auch das Einatmen der Welle verstärkt. Einmal angeblasen wächst die Schwingung also bis alles Gas verbrannt ist oder das Auskoppeln stärker als der Antrieb wird.
Man kann sich vorstellen, dass dieses hin-und-her unmöglich eine scharfe Detonationsfront ausbilden kann. Anstatt dass die Flamme mit 2,8k/s ins Rohr haut, tänzelt sie hin und her und pfeift dabei.

Ich hoffe, dass das nachvollziehbar und richtig ist. Btw: Gibts kein Audio?
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Newclears
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Beitrag von Newclears »

Klingt gut. Letztlich ein ähnliches Prinzip wie beim "Luftheuler" nur halt in einer Gasphase.
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Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

Benutzen die eine Röhrenresonanz? Ich dachte die pressen sich periodisch ihre Reaktion tot. Ist die Frequenz der Heuler von der Rohrlänge abhängig oder von der Beschaffenheit des Satzes?
Moment, hab grade einen bei Youtube analysiert, die Frequenz fällt mit der Zeit, scheint also von der Länge der Röhre abzuhängen.
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NI2
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Beitrag von NI2 »

Da das Ganze immer mehr vom Topic abweicht hier der Vorschlag den Teil der Diskussion zu separieren. Wenn jemandem ein schöner Titel einfällt kann die Diskussion gerne im OT weitergeführt werden.
IOC

There is no sadder sight in the world than to see a beautiful theory killed by a brutal fact. [T. Huxley]
The pursuit of knowledge is hopeless and eternal. Hooray! [Prof. H. J. Farnsworth]
Trust the rhythm and the rhyme of your own heartbeat. [C. Douglas]
Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

Aber es geht doch immer noch um Knallgas oder nicht? Ansonsten, nenne es Chemoakustik in reaktiven Gasgemischen und trenne es sauber ab.
Edit: Wenns keine Umstände macht und bitte. :wink:
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Newclears
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Beitrag von Newclears »

Benutzen die eine Röhrenresonanz? Ich dachte die pressen sich periodisch ihre Reaktion tot.
Soweit ich weiß, sowohl als auch. Der enthaltene Satz brennt jedenfals ohne Papprohr schlagartig ab und wenn das Gefüge in der Röhre gestört ist ebenfalls. Vor ein paar Jahren hat bei mir an Silvester mal jemand versehentlich auf eine Schachtel mit den Dingern getreten und damit die Pressung gestört. Ende vom Lied war das die alle geknallt und nicht geheult haben. (...ok, er hat anschliessend etwas rumgeheult, weil er sich die Finger verbrannt hatte ;) )
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