Table Of ContentHeinz Herwig
Ach, so ist das!
50 thermofluiddynamische
Alltagsphänomene anschaulich
und wissenschaftlich erklärt
Ach, so ist das!
Heinz Herwig
Ach, so ist das!
50 thermofluiddynamische
Alltagsphänomene anschaulich und
wissenschaftlich erklärt
HeinzHerwig
InstitutfürThermofluiddynamik
TUHamburg-Harburg
Hamburg,Deutschland
ISBN978-3-658-05629-2 ISBN978-3-658-05630-8(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-05630-8
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SpringerVieweg
©SpringerFachmedienWiesbaden2014
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rechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinneder
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benutztwerdendürften.
Lektorat:ThomasZipsner
GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier.
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v
Vorwort 1
Dieses Buch ist kein Lehrbuch im klassischen Sinne. Es wendet sich an Studierende
technischer Fächer, ehemalige Studenten dieser Fächer und ganz allgemein auch
an den technisch interessierten Laien. Sie alle werden an dem Buch Spaß haben,
wenn Ihnen immer mal wieder im Alltag Phänomene begegnet sind, die sie gerne
genauer verstehen würden. Hier sind solche Phänomene ausgewählt worden, die im
weitesten Sinne mit thermodynamischen und strömungsmechanischen Vorgängen
erklärt werden können.
Um jeweils den Bogen von der leicht verständlichen “anschaulichen Erklärung”
zuden“weitergehendenBetrachtungen” schlagenzukönnen,sindjedemPhänomen
jeweils zwei Abschnitte gewidmet,
- die anschauliche Erklärung
- weitergehende Betrachtungen
Die Idee hinter diesem Konzept ist, dass jeder den ersten Abschnitt lesen und
verstehen kann, dass aber je nach Vor- und Ausbildung der zweite Abschnitt ganz,
teilweise, oder vielleicht auch gar nicht mehr studiert werden sollte.
Wie immer Sie sich selbst diesbezüglich entscheiden, lieber Leser, der Autor
wünscht viel Spaß mit diesem Buch. Und noch ein Hinweis: Die 50 Phänomene sind
zwar hoffentlich einigermaßen sinnvoll gruppiert, sie bauen aber nicht aufeinander
auf. Das heißt: Blättern erwünscht, und das lesen, was interessiert!
Vorwort 2 (Danksagung)
Jedes einzelne der 50 Phänomene, die in diesem Buch behandelt werden, ist in
einem Kreis von Mitarbeitern des Instituts für Thermofluiddynamik an der TU
Hamburg-Harburg ausgiebig, teilweise kontrovers, aber stets konstruktiv diskutiert
worden. Dieser umfangreiche Diskussionsprozess hat zu zahlreichen Veränderungen
und sicherlich auch zu vielen Verbesserungen geführt. Dafür gilt der besondere
Dank (in alphabetischer Reihenfolge): Dr.-Ing. Andreas Moschallski, Dipl.-Ing.
ChristophRedecker,Dipl.-Ing.BastianSchmandt,Dipl.-Ing.Marc-FlorianUthund
Dr.-Ing.TammoWenterodt.AndenDiskussionenwarenauchdiebeidenStudenten
beteiligt, die für die Umsetzung der Vorlagen in LATEX und die Erstellung der
Bilder gesorgt haben: Andreas Hansen und Peter Niemann. Ein ganz besonderer
vi
Dank geht an Herrn Niemann, der bis zum Schluss den Optimismus bewahrt
hat, “dass alles schon werden wird”. Ohne Frau Moldenhauer hätten wir aber die
vielfach überarbeiteten, z.T. handschriftlichen Vorlagen nicht zu einem sinnvollen
Ganzen werden lassen können. Nochmals an alle: Herzlichen Dank!
Last but not least: Die bewährte Zusammenarbeit mit dem Verlag (der bei
jedem neuen Buch einen neuen Namen trägt ...) hat wieder großen Spaß gemacht!
Heinz Herwig Hamburg, Frühjahr 2014
vii
Phänomene nach Kategorien
Teil I: Haus & Garten
...........................................1
Phänomen 1: Flüssigkeiten im Haushalt ..............................3
Phänomen 2: Tropfende Tee- und Kaffeekannen .......................8
Phänomen 3: Heiße Gegenstände ....................................12
Phänomen 4: Wassertropfen auf heißer Herdplatte ...................16
Phänomen 5: Funktion eines Wasserhahns ...........................20
Phänomen 6: Aufprallender Wasserstrahl ............................25
Phänomen 7: Bewegter Duschvorhang ...............................29
Phänomen 8: Defekte Toilettenspülung ..............................32
Phänomen 9: Luftfeuchte, Behaglichkeit und Schimmelbildung .......37
Phänomen 10: Heizungssysteme und Heizkörpertemperaturen .........45
Phänomen 11: Zugerscheinungen in der Wohnung .....................52
Phänomen 12: Kühlen mit dem Kühlschrank ......................... 57
Phänomen 13: Heizkessel für Warmwasserheizungen .................. 63
Phänomen 14: Gartenbewässerung ....................................69
Phänomen 15: Balkonpflanzenbewässerung ............................75
viii Inhaltsverzeichnis
Teil II: Speisen & Getränke
..................................81
Phänomen 16: Kochen, braten, backen ................................82
Phänomen 17: Ein Steak braten ......................................88
Phänomen 18: Ein Ei kochen .........................................95
Phänomen 19: Gekochtes Ei in einem Wasserstrahl ...................99
Phänomen 20: “Kochendes” Wasser ..................................101
Phänomen 21: Kochen im Dampfdruck-Kochtopf ....................105
Phänomen 22: Kaffee möglichst heiß trinken .........................111
Phänomen 23: Teeblätter am Tassenboden ...........................119
Phänomen 24: Geschüttelte Mineralwasser-Flasche ...................123
Phänomen 25: Gefrierende Mineralwasser-Flasche ....................128
Teil III: Reisen & Freizeit
....................................131
Phänomen 26: Auftriebserzeugung an einem Flugzeug-Tragflügel .....132
Phänomen 27: “Zusatzflügel” an Flugzeugen .........................138
Phänomen 28: Kondensstreifen hinter Flugzeugen ................... 145
Phänomen 29: Geschwindigkeit von Verkehrsflugzeugen ..............148
Phänomen 30: Auftrieb beim Heißluftballon und beim Flugzeug .....152
Phänomen 31: Kurvenverhalten eines Heliumballons .................157
Phänomen 32: Autotests in Windkanälen ............................162
Inhaltsverzeichnis ix
Phänomen 33: Schlittschuhlaufen auf “stumpfem” Eis ................168
Phänomen 34: “Bananen-Flanke” ....................................172
Teil IV: Energie & Umwelt
..................................179
Phänomen 35: Heizen bei Abwesenheit ..............................181
Phänomen 36: Kraftwerks-Wirkungsgrade ...........................186
Phänomen 37: Energie speichern .................................... 191
Phänomen 38: Energieverbrauch eines 4-Personen-Haushalts .........196
Phänomen 39: Energie einsparen ....................................200
Phänomen 40: Heizen mit einer Wärmepumpe .......................205
Phänomen 41: “Singende Geräusche” von Überland-Stromleitungen ..210
Phänomen 42: Gefühlte Temperatur .................................214
Phänomen 43: Energiehaushalt des Menschen ........................220
Phänomen 44: Verdunstungskühlung ................................227
Phänomen 45: Luftdruck und was wir ihm verdanken ................232
Phänomen 46: Größe von Lebewesen ................................242
Phänomen 47: Eigenschaften von Wasser ............................248
Phänomen 48: Treibhauseffekt .......................................257
Phänomen 49: Temperaturmessung in der Sonne .....................263
Phänomen 50: Rotglühender Sonnenuntergang .......................268
Glossar
...........................................................271
1
Teil I: Haus & Garten
Hinweis: Wichtige Begriffe sind in einem Glossar am Ende des Buchs erläutert. Im Text zu den
einzelnen Phänomenen sind die auf diese Weise behandelten Begriffe durch sog. Kapitälchen
hervorgehoben (Schreibweise in Großbuchstaben).
Phänomen 1: Das seltsame Verhalten einiger Flüssigkeiten im 3
Haushalt
Phänomen 2: Tee- und Kaffeekannen tropfen leider meist uner- 8
wünscht nach
Phänomen 3: Nicht an jedem heißen Gegenstand verbrennen wir 12
uns die Finger - wieso eigentlich nicht?
Phänomen 4: Wassertropfen “tanzen” auf der heißen Herdplatte - 16
sicherlich nicht aus Übermut
Phänomen 5: Wir drehen ganz selbstverständlich einen Wasser- 20
hahn auf oder zu - aber was geschieht dabei eigent-
lich genau?
Phänomen 6: Ein Wasserstrahl bildet nach dem Aufprall auf eine 25
ebene Fläche eine kreisringförmige Struktur aus
Phänomen 7: Ein lose herabhängender Duschvorhang bewegt sich 29
unerwünscht auf den Körper zu, wenn die Dusche
angestellt wird
Phänomen 8: Eine defekte Toilettenspülung unterbricht den Was- 32
serfluss nicht langsam, sondern lässt den “Wasser-
hammer” zuschlagen
Phänomen 9: Luftfeuchte, Behaglichkeit und Schimmelbildung 37
Phänomen 10: Heizungssysteme und Heizkörpertemperaturen 45
