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Ungewönliche Energie-Wandler
Hintergrund
Energie tritt in den verschiedensten Erscheinungformen wie
potentieller, kinetischer, chemischer und elektrischer Energie auf.
Seit Albert Einstein ist bekannt, dass auch die Materie selbst als
spezielle Energieform aufzufassen ist. Gemäß dem ersten
Haupsatz der Thermodynamik ist die Energie eine Erhaltungsgröße,
d.h. sie bleibt konstant und kann nur von einer Erscheinungform in
eine andere umgewandelt werden. Wir sind gewohnt an Abläufe wie
die Beschleunigung eines zu Boden fallenden Steines (Umwandlung
von potentieller in kinetische Energie) oder die Verbrennung
von Benzin zum Antrieb eines Autos (Umwandlung von chemischer
in kinetische Energie).
Aber können Sie sich ein pendelndes Objekt vorstellen, das
durch die Verdunstung von Wasser angetrieben wird? Oder die Erzeugung elektrischer
Energie mittels fallender Wassertropfen? Eine Lichtmühle,
die ihre Antriebsenergie direkt aus einfallendem Licht bezieht?
Oder einen Motor, der aus einem speziellen Metalldraht
besteht und nur von warmem Wasser angetrieben wird?
Unsere Modelle
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Bird - Pendelndes Objekt angetrieben durch Wasserverdunstung
Auf den ersten Blick mutet der Dinking Bird, auch Trinkente oder Trinkvogel genannt, wie ein einfaches Kinderspielzeug an. Versucht man aber die Funktion zu erklären, wird schnell deutlich, dass dieses System eine Reihe tiefgehender thermodynamischer Effekte und Begriffe wie Verdampfungswärme, Luftfeuchte, Dampfdruck, Entropie ... tangiert.
Befeuchten Sie den Kopf des Birds und stellen Sie Ihn vor ein gefülltes Glas mit Wasser. Nach kurzer Zeit beginnt Bird periodisch in das Glas zu tauchen und sich wieder aufzurichten. Was auf den ersten Blick wie ein einfaches Kinderspielzeug aussieht erweist sich als sehr subtiles, thermodynamisches System, das auf ein Patent von M. V. Sullivan aus dem Jahre 1945 zurückgeht.
Ein ausgezeichneter Ausgangspunkt für eigene Experimente und weitere Fragestellungen: Was passiert wenn Sie warmes Wasser verwenden oder Bird unter eine Glasglocke setzen? Ist es möglich einen Motor zu konstruieren, der nur von reinem Wasser angetrieben wird?
Siehe auch den Blog-Artikel zum Minto-Wheel
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ElectrostaticMotor - Motor angetrieben von elektrostatischer Energie
Kernstück des ElectrostaticMotor ist ein leitfähiges Speichenrad. Dieses ist um eine horizontale Achse drehbar gelagert. Zwei gegenüberliegende stationäre Leiter sind so angeordnet, dass sich die Enden des Speichenrades in geringem Abstand berührungsfrei an diesen vorbei bewegen. Wird auf eine der beiden stationären Leiter eine ausreichende Ladung aufgebracht (Kunststoffrohr und Gummimaterial zur Ladungstrennung liegen bei), beginnt sich das Rad durch die abwechselnde Anziehung und Abstossung zwischen den Speichen und den stationären Leitern zu drehen. Eine erstaunliche Demonstration der Umwandlung von elektrostatischer in Bewegungs-Energie - ideal in Kombination mit der KelvinEngine.
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Heatmobile - Gedächtnisdraht-Motor angetrieben von heissem Wasser
Die Idee für das Heatmobile geht zurück auf Ronald H. Smith, Frederick E. Wang, A. D. Johnson und anderen.
Die Funktion basiert auf dem sogenannten "Memory-Effekt" ("Gedächtnis-Effekt"), den einige Metall-Legierung wie zum Beispiel Nitinol (Legierung aus ~50% Nickel, ~50% Titan) zeigen. Durch Wärmebehandlung (ca. 600º C) und einen entsprechenden Formgebungs-Prozess kann dem Material eine vorgegebene Form aufgeprägt werden. Wird ein so behandeltes Material auf eine charakteristische Übergangstemperatur (bei dieser Anwendung ca. 50º C bis 60º C) erwärmt, nimmt es spontan diese aufgeprägte Form wieder ein: die Legierung "erinnert sich". Unterhalb dieser Temperatur ist die Legierung plastisch verformbar. Die Kraftentwicklung beim Einnehmen der aufgeprägten Form (Erwärmung) ist wesentlich grösser als die aufzubringende Kraft im Fall der plastischen Verformung (Abkühlung).
Heatmobile besteht aus einer geschlossenen Nitinol Draht-Schlaufe, die durch zyklische Erwärmung in heissem Wasser und Abkühlung in der Umgebungsluft die beiden Räder antreibt.
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KelvinEngine - Generator zur Erzeugung von Elektrizität
KelvinEngine demonstriert die Ladungs-Trennung und Speicherung mittels fallender Wassertropfen.
Dabei werden Spannungen bis zu zwei Kilo Volt erzeugt, die aber aufgrund der extrem geringen Ströme
absolut ungefährlich sind. Die getrennte Ladung bewirkt ein periodisches Aufleuchen der angeschlossenen Fluoreszenz-Lampe (alle 5-10 Sekunden) solange Wasser aus den oberen Behältern tropft. Beachten Sie: Die erzeugte elektrische Energie kommt nicht aus dem Nichts und ist auch kein Beweis für eine verborgene innere Energie des Wassers. Dieses erfindungsreiche System zeigt lediglich die Umwandlung der potentiellen Energie des Wasser in elektrische Energie.
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LightRotor - Selbstdrehender Lampion - weiß
LightRotor (*), die neuste Entwicklung von exergia, demonstriert auf einfache Weise die Umwandlung von Wärme in eine Drehbewegung: Die Luft innerhalb des drehbar aufgehängten Zylinders wird von einer Kerze erwärmt. Auf grund ihrer geringeren Dichte - warme Luft ist leichter als kalte - steigt diese im Zylinder nach oben. Dieser Luftstrom bläst auf das am oberen Ende angebrachte Flügelrad und versetzt dieses und den verbundenen Zylinder in Rotation.
Darüber hinaus ist der LightRotor ein ansprechendes Designobjekt. Das Licht der Kerzen scheint durch das transparente Naturpapier und verleiht dem Objekt den charakteristischen Scharm eines leuchtenden Lampions.
Der LigthRotor ist ein schnell und einfach zu montierender Bausatz. Er wird in einem flachen Karton geliefert, enthält alle notwendigen Teile, zwei Teelichter und eine bebilderte Zusammenbauanleitung. Zwei mit transparentem Naturpapier beklebte Rahmen werden zu einem Zylinder gebogen und dann mit einander und mit dem vorgefertigten Flügelrad mittels Klammern verbunden. Alle andere Verbindungen werden duch einfaches Stecken ohne Klebstoff hergestellt.
Der Zusammenbau ist daher auch für den handwerklich Ungeübten in wenigen Minuten möglich.
Höhe ca. 33cm.
(*) Patent pending
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Radiometer - Thermischer Rückstoss-Antrieb
Das orginal Radiometer wurde in der Mitte des neunzehnten Jahrhunderts von Sir William Crookes erfunden.
Es dienete ursprünglich zur Messung von Lichtintensität. Der Glaskorpus des Radiometers enthält eine
drehbar gelagerte Flügelanordnung. Die beiden Seiten eines Flügels sind dabei auf der einen Seite schwarz und
auf der anderen Seite reflektierend beschichtet. Einfallendes Licht (Sonne, Lampe) führt daher zu einer stärkeren
Erwärmung der schwarzen Flügelseite. Daher überträgt das auf die schwarze Seite auftreffende Licht einen größeren
Impuls auf das Flügelrad und bewirken somit einen Antrieb.
Beachten Sie: Der Antrieb des Flügelrades ist nicht wie oft behauptet durch den Impuls der Photonen,
den mit Licht assoziierten Teilchen, verursacht.
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Seesaw - Teelicht-Bimetall-Antrieb
Die Bimetall-Spirale stellt den eigentliche Antrieb von Seesaw dar. Ein Bimetall besteht aus zwei Metallen,
die sich bei Erwärmung unterschiedlich ausdehnen. Daher windet sich die erwärmete Spirale und hebt das
Gegengewicht auf die andere Seite. Die Veränderung des Schwerpunktes führt zum Kippen der Wippe.
Die Spirale entfernt sich dabei von der Flamme und kühlt sich ab, bis sie sich wieder soweit zusammengezogen
hat, dass der Hebelarm zurück kippt und dadurch die Wippe wieder ihre Ausgangsposition einnimmt.
Danach beginnt der Vorgang von neuem.
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ThermoGenKit - Thermoelektrischer Generator Bausatz
ThermoGenKit demonstriert die direkte Umwandlung von Wärme in elektrische Energie mittels des Seebeck-Effekt.
Im Gegensatz zu Wärmekraftmaschinen gibt es in diesem Umwandlungssystem keine beweglichen Teile wie Kolben, Schwungräder etc.
Die eigentliche Umwandlung von Wärme in elektrischen Strom erfolgt im Peltier-Element. Die eine Seite dieses flachen Elements
ist über ein Aluminium U-Profil thermisch mit einem warmen, die andere mit einem kalten Wasserbad verbunden. Damit wird ein Wärmestrom höherer Temperatur zum und ein kleinerer Wärmestrom geringerer Temperatur vom Peltierelement weggeleitet. Die Differenz dieser Wärmeströme entspricht ungefähr der erzeugten elektrischen Energie. Solange die am Peltier-Element anliegende Temperaturdifferenz größer als ca. 10 Grad ist, wird genügend Strom erzeugt, um den angeschlossenen Motor mit Propeller anzutreiben.
Der Bausatz ist einfach und in wenigen Minuten zusammenzubauen. Folgende Teile sind enthalten:
- Peltier-Element
- Zwei Wasserschalen / KKunststoff
- Klammer
- Magnet
- Motor mit Propellerr
- 2 Silikonschlauchstücke
- Zusammnebauanleitung
Für weitere Information siehe den Wikipedia Artikel
Thermoelektrischer Effekt.
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