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    ©2015 Peter Märki    Aktuelle Seite: Produkte -> Physikalisches -> Bimetallsprungscheibe
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In die Luft springende Bimetallscheibe

 

Die Scheibe wird durch Reiben mit den Fingern aufgewärmt. Dann wird die Scheibe gebogen (umgeklappt). Jetzt kann die Scheibe auf den Tisch gelegt werden. Sobald die untere Grenztemperatur unterschritten wird, springt die Scheibe ca. 30 cm in die Höhe.


Die Scheibe springt nur bei einer Umgebungstemperatur unterhalb von ca. 25°C. Also nicht im Hochsommer.

 


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Kurzfilm

Nino reibt die Scheibe mit seinen Händen warm, dann klappt er die gewölbte Seite und legt die Scheibe so auf den Boden, dass die gewölbte Seite oben ist. Sobald die Scheibe genügend abgekühlt ist, springt sie in die Luft.

 

Damit die Scheibe genügend warm wird, muss fest gerieben werden. Mit kalten Händen oder in kalter Umgebung ist das fast nicht möglich. Also Ruhe bewahren, Tee trinken und Hände oder auch direkt die Scheibe am Tee wärmen.

(Hinweis: die jetzt von mir verkauften Scheiben fliegen ca. 30 cm hoch. Jene im Film fliegen etwas höher.)

20110104_125459_reiben.avi

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Kurzfilm

Die Scheiben werden mit einer Wärmeflasche aufgewärmt. Die aufgewärmten Scheiben werden umgekippt und auf den Boden gelegt.

(Hinweis: die jetzt von mir verkauften Scheiben fliegen ca. 30 cm hoch. Jene im Film fliegen etwas höher.)

20110104_123504_bettflasche.avi
(Hinweis: die jetzt von mir verkauften Scheiben fliegen ca. 30 cm hoch. Jene im Film fliegen etwas höher.) 20110104_123759_bettflasche.avi

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Kurzfilm
(Hinweis: die jetzt von mir verkauften Scheiben fliegen ca. 30 cm hoch. Jene im Film fliegen etwas höher.)
20110104_124709_staffel.avi

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Kurzfilm

Erwärmte und umgekippte Scheiben werden in kaltes Wasser fallen gelassen. Im Wasser kippen sie sofort wieder in die "Kaltstellung".

20110104_130222_kaltes_wasser.avi

Theorie


Bimetall ist ein Verbund von zwei Blechen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient. Die hier angebotene Bimetallscheibe besteht aus Stahl und Invar. Invar hat mit seinem hohen Nickelgehalt eine kleine Wärmeausdehnung im Vergleich zu Stahl.

Weil das Stahlblech und das Invarblech fest miteinander verschweisst sind, biegt sich das Blech je nach Temperatur auf die eine oder die andere Seite.

 

Die hier angebotene Scheibe ist nicht nur einfach eine Bimetall-Blechscheibe. Die Scheibe ist mechanisch vorgespannt und zeigt alleine dadurch eine Wölbung. Bei Raumtemperatur kann die Scheibe daher hin und her "geschnappt" werden. Ganz ähnlich wie bei einem "Klickfrosch".



(Hinweis: diese Werte habe ich mit einer früheren Version von Sprungscheiben gemessen)

Wärmeausdehnungskoeffizient einer Eisen-Nickel-Legierung in Abhängigkeit vom Nickelgehalt

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Das nebenstehende Diagramm zeigt die Erwärmung und anschliessende Abkühlung einer Bimetallsprungscheibe. Beim Erwärmen einer kalten Scheibe bleibt die Wölbung bis zur oberen Grenztemperatur TGO unverändert. Hier klappt die Wölbung plötzlich auf die andere Seite und bleibt auch bei weiterer Erwärmung unverändert. Beim Abkühlen hingegen klappt die Wölbung erst bei der unteren Grenztemperatur TGU wieder zurück und bleibt auch beim weiteren Abkühlen unverändert. Zwischen den beiden Grenztemperaturen TGO und TGU hat die Scheibe zwei stabile Zustände, sie ist bistabil. In diesem bistabilen Bereich kann durch eine zusätzliche äussere Krafteinwirkung die Wölbung sowohl auf die eine als auch auf die andere Seite gedrückt werden.



(Hinweis: diese Werte habe ich mit einer früheren Version von Sprungscheiben gemessen)

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Laborversuch


(Hinweis: diese Werte habe ich mit einer früheren Version von Sprungscheiben gemessen)
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Kurzfilm

Messung der oberen Grenztemperatur einer Scheibe. Die Scheibe wird langsam erwärmt. Bei 104.5 °C springt die Scheibe.

(Beim Reiben mit den Fingern wird die obere Grenztemperatur natürlich nicht erreicht. Die Scheibe wird beim Reiben lediglich über die untere Grenztemperatur erwärmt und dann mit Kraft gekippt.)

(Hinweis: diese Werte habe ich mit einer früheren Version von Sprungscheiben gemessen)

20110104_134727_heiss2.avi
(Hinweis: diese Werte habe ich mit einer früheren Version von Sprungscheiben gemessen) Grossformat
Kurzfilm

Messung der unteren Grenztemperatur einer Scheibe. Die Scheibe wurde erwärmt und umgekippt. Beim unterschreiten der unteren Grenztemperatur springt sie. Angezeigt wird die Temperatur der Wärmeplatte.

Für eine sehr genaue Messung der Grenztemperaturen muss die Bimetallscheibe (nicht so wie im Kurzfilm) thermisch besser mit der Wärmeplatte gekoppelt sein. Liegt die Scheibe einfach nur auf einer Wärmeplatte, so hat sie wegen Wärmeabstrahlung und wegen Konvektion eine tiefere Temperatur als die Wärmeplatte. Dafür ist sie gut sichtbar :)

 

Die genaue Einstellung der unteren Grenztemperatur ist alles andere als trivial. Weil solche Scheiben unter anderem in Thermostaten so Verwendung finden, existiert in diesem Bereich viel KnowHow.

(Hinweis: diese Werte habe ich mit einer früheren Version von Sprungscheiben gemessen)

20110104_134727_kalt.avi


 

Warnung

Kein Kinderspielzeug. Könnte in die Augen springen.

Verschluckungsgefahr.

 

Durchmesser ca. 25.3 mm
Blechdicke ca. 0.5 mm
untere Grenztemperatur typisch 24 °C

 

Lieferumfang

1 Stück Bimetallscheibe.

 

Literatur

Eine spannende Abhandlung über Bimetallsprungscheiben, insbesondere über die enorm hohe Beschleunigung beim Absprung, wurde von Christian Ucke und Hans-Joachim Schlichting veröffentlicht. Einen entsprechenden Link werde ich hier später einfügen.

 

Stichworte: "Bimetallscheibe bimetal thermo-bimetal snap disc, jumping disc, jumpingdisc, bimetallsprungscheibe"


   

Last Change: 2016-12-07     Zulu v2.1.8