HOME PH-DID  Ι  HOME FK06  Ι  HOME HM  Ι  Impressum  Ι  Datenschutzerklärung

Verformung von Flüssigkeitsgrenzflächen unter der Einwirkung von Ultraschall Logo des Labors für Physik und Didaktik Akustik

Ak 2.1 Versuch 1.12
Zurück

Einführung

Ultraschallwellen bewirken beim Durchgang von Wasser in Tetrachlorkohlenstoff bzw. von Wasser in Anilin eine Ausbeulung der Flüssigkeitsgrenzflächen. Aus der Art der Verformung kann auf das Verhältnis der Schallstrahlungsdrücke in den beiden Flüssigkeiten geschlossen werden.

Material

Stativfuß
2 x Stativstange, 4kt, l = 400 mm
2 x Doppelmuffe
2 x Universalklemme
Küvette, 150 mm x 55 mm x 100 mm
Anilin, chemisch rein, 250 ml
Tetrachlorkohlenstoff, 250 ml
Eosin für Mikroskopie, 25 g
Glycerin, 250 ml
Ultraschallgenerator
Reines Wasser


Versuchsaufbau

Versuchsaufbau s. Abb. 12 (Ultraschallgenerator Betriebsart: Sinus)
Versuchsteil 1:
Die Küvette wird zu einem Viertel mit Tetrachlorkohlenstoff gefüllt, über das etwa die gleiche Menge reines Wasser geschichtet wird. Zur besseren Unterscheidung der Flüssigkeiten kann das Wasser mit Eosin angefärbt werden. 		Versuchsteil 2:
Die Küvette wird etwa zu einem Viertel mit Anilin gefüllt, über das reines Wasser geschichtet wird.

Bevor man die Küvette auf den Schallkopf stellt, werden auf dessen Stirnfläche als Koppelflüssigkeit einige Tropfen Glycerin aufgebracht. 		    Versuchsaufbau

Durchführung

Die Grenzflächen der Flüssigkeiten werden bei der Beschallung mit großer bis maximaler Amplitude des Generators beobachtet.

Ergebnis

Versuchsteil 1:
Die Grenzfläche Tetrachlorkohlenstoff - Wasser bildet sich unter der Einwirkung des Ultraschalls zu einem Kegel aus, der in das Wasser hineinragt. Bei starker Beschallung lösen sich aus der Kegelspitze Flüssigkeitstropfen von Tetrachlorkohlenstoff, die am Küvettenrand wieder herabsinken. 		    Versuchsteil 2:
Die Grenzfläche Anilin - Wasser zeigt bei Beschallung ebenfalls eine kegelförmige Ausbeulung, jedoch ist hier die Kegelspitze nach, unten in das Anilin gerichtet.


Anmerkung

Die Beobachtungen lassen sich mit dem Langevinschen Schallstrahlungsdruck erklären. Da die Wellenwiderstände der verwendeten Flüssigkeiten annähernd gleich sind und infolgedessen an den Grenzflächen kaum Reflexion auftritt, werden die übereinandergeschichteten Flüssigkeiten nahezu von der gleichen Schalleistung durchsetzt. Unter der Voraussetzung eines konstanten Querschnitts des Schallbündels ist auch die Schallintensität I in den Flüssigkeiten die gleiche.
Da sich jedoch die Schallgeschwindigkeiten unterscheiden (s. Tab.), sind auch die Energiedichten E = I/c verschieden. In der Anilinschicht ist die Energiedichte und damit der Langevinsche Schallstrahlungsdruck kleiner und in Tetrachlorkohlenstoff größer als in Wasser.

Schallgeschwindigkeit
(bei 20 °C) 		Tetrachlorkohlenstoff Wasser Anilin
Schallgeschwindigkeit 938 1480 1656

Entsprechend dem überdruck beult sich im Versuchsteil 1 die Grenzfläche zum Wasser und im Versuchsteil 2 zum Anilin hin aus. Zur Ergänzung kann der Versuch 2.3 herangezogen werden. In dem das Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten unmittelbar demonstriert werden kann.

Gefahrenhinweis
Das Einatmen von Tetrachlorkohlenstoff- bzw. Anilindämpfen über eine längere Zeit sollte unbedingt vermieden werden.

Zurück