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W 2 Wärmeausdehnung |
| 1. | Betreiben Sie das Thermobile nicht bei Temperaturen über 65° Celsius (optimaler Bereich 50 bis 55° Celsius) |
| 2. | Reiben, drücken oder ziehen Sie nicht am Nitinoldraht. Auch Berühren soweit wie möglich vermeiden. Obwohl der Draht nicht gleich bricht, können solche mechanischen Einflüsse eine Schwachstelle erzeugen. |
| 3. | Das Messingrädchen ist mit einem Kugellager versehen. Nach Gebrauch sollte das Thermobile getrocknet und erst dann in die Schachtel zur Aufbewahrung gelegt werden, da andernfalls Korrosion am Kugellager dessen Leichtgängigkeit beeinträchtigen kann. |
1. Zur Geschichte und Erklärung
Das Geheimnis von Thermobile liegt in dem über die Räder gespannten Endlosdraht aus der Gedächtnislegierung Nitinol. Nitinol wurde aus Nickel und Titan Anfang der sechziger Jahre im Naval Ordinance Laboratory (NOL) entwickelt. Aus den unterstrichenen Anfangsbuchstaben ist das Kunstwort Nitinol zusammengesetzt. Beträchtlicher metallurgischer Aufwand war notwendig, um einen stabilen Endlosdraht herzustellen. Nach dem Erfinder von Thermobile wird dieses Spielzeug manchmal auch Wang- Maschine genannt. Gedächtnislegierung bedeutet hier, dass der beim Thermobile in kaltem Zustand sich glatt an die Räder schmiegende Draht beim Erwärmen daran " erinnert", dass er bei dieser Temperatur einmal gerade war. Physikalisch gesehen, handelt es sich dabei um einen Übergang von einer orthorhombisch- unsymmetrischen Legierungsphase (bei niedriger Temperatur) zu einer kubisch- symmetrischen Phase (bei höherer Temperatur).
Nitinol setzt ziemlich wirksam Wärmeenergie in mechanische Energie bei niedrigen Temperaturen um. Man hat angeschätzt, dass ein Gramm Nitinol bei entsprechendem Aufbau etwa ein Watt leisten könnte. Dennoch sind bisher keine größeren Anlagen konstruiert worden.
Viel größere Bedeutung haben Gedächtnislegierungen in der Medizin (z. B. beim Verklammern von Knochenbrüchen), Bei Rohrverbindungen spezieller Art (z. B. in explosionsgefährdeten Räumen) oder als temperaturempfindliche Schalter. Neben Nitinol gibt es mittlerweile weitere Gedächtnislegierungen (Kupfer- Zink- Aluminium), an deren Entwicklung deutsche Wissenschaftler maßgeblich beteiligt waren.
| 2. Inbetriebnahme
Halten Sie die Vorrichtung, wie aus der Abbildung 1 ersichtlich, so in ein warmes Wasserbad ( 50 bis 55 Grad ), dass das Messingrädchen gerade etwas weniger als zur Hälfte eintaucht. Nach wenigen Sekunden fangen die Räder an zu rotieren. Eventuell muss man dem Plastikrad einen kleinen Anstoß geben. Beide Drehrichtungen sind möglich. Thermobile funktioniert auch, wenn mittels einer Linse oder eines Spiegels die Wärme des Sonnenlichts oder einer sonstigen Quelle auf das Messingrad fokussiert wird. Da hierbei aber leicht der Draht selbst überhitzt werden kann, ist von dieser Methode eher abzuraten. 3. Beschreibung Betrachtet man den über das Messingrädchen verlaufenden Draht während des Betriebes genauer, fällt eine klein Unsymmetrie auf: |
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Auf der Abrollseite (2) steht der Draht etwas weiter ab. Der Draht versucht nach dem Durchlaufen des Wärmebades seine gerade Struktur einzunehmen. Das führt nach dem Anstoß dann zur Rotation. Entscheidend ist dabei eine Temperaturdifferenz zwischen dem Anfangspunkt (1) und dem Endberührungspunkt (2) des Drahtes mit dem Messingrad.
Gleichzeitig erklärt das auch, warum Thermobile sich nicht in Drehung versetzten lässt, wenn das Messingrädchen mehr als zur Hälfte eingetaucht ist: Anfangs- und Endberührungspunkt liegen dann auf gleicher Temperatur. Durch Eintauchen des größeren Plastikrädchens kann man Thermobile übrigens nicht in Drehung versetzen: Nitinol ist steif bei hohen und weich bei niedrigen Temperaturen. Deswegen würde mehr Energie benötigt, um Nitinol um das kleine Messingrädchen zu krümmen, als aus dem Gedächtniseffekt am größeren Plastikrädchen gewonnen werden kann. |
Literaturhinweis:
D. Stöckel: Metalle erinnern sich Bild der Wissenschaften, Heft 2, Februar 1990, Seite 14-20
Stark Verlag
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