Vibraflame: Sound vs. Fire
In diesen Artikel wird das Projekt "Vibraflame" von Miron Goldstein und Emil Petrow Präsentiert. Wir haben im Schuljahr 2024/25 das GYPT Projekt 12 "Sound vs. Fire". Bearbeitet.
Link bis ende 2025: Sound vs. Fire
Thema
Bei unserem Projekt haben wir mithilfe eines Lautsprechers eine Kerze oder eine Ethanollampe gelöscht. Dabei haben wir festgestellt, dass das Löschen nicht so leicht ist wie es scheint. Außerdem haben wir erkannt, dass viele verschiedene Parameter, auch mit minimaler veränderung, Einfluss auf die Funktion des Experiments haben.
Theorie
Eine Kerze brennt durch einen kombinierten physikalisch-chemischen Prozess. Beim Anzünden wird der Docht, der in der Regel aus Baumwolle besteht, durch die Flamme erhitzt. Die Hitze schmilzt das feste Wachs, welches meist aus Paraffin oder Stearin besteht. Dieses flüssige Wachs steigt aufgrund der Kapillarwirkung im Docht nach oben. Am oberen Ende des Dochtes wird das flüssige Wachs durch die hohe Temperatur in Wachsdampf umgewandelt. Dieser gasförmige Brennstoff reagiert dann mit Sauerstoff aus der Abbildung 1: Ausschnitt unseres Versuches umgebenden Luft. Der chemische Verbrennungsprozess setzt Energie frei, die als Wärme und Licht wahrgenommen wird. Innerhalb der Flamme werden Kohlenstoffpartikel sehr stark erhitzt. Sie erzeugen das charakteristische gelbliche Licht der Kerze. Ein Lautsprecher emittiert Schallwellen, diese bringen die Luftteilchen zum Schwingen. Durch die Teilchenbewegung wird die benötigte Brennstoffzufuhr, die die Flamme zum Brennen braucht nicht mehr gegeben, da die Flamme vom Docht wegbewegt wird. Sobald der Brennstoff weg ist, wird der Kreis gebrochen, der eine Kerze am Brennen hält. In Abbildung 1 sieht man, wie die brennende Flamme vom Lautsprecher wegbewegt wird. Sobald die Flamme vollständig vom Docht entfernt ist, erlischt die Flamme (innerhalb von ein paar Millisekunden) und die Kerze geht aus. Dies funktioniert nur unter gewissen Bedingungen, die wir teilweise herausgefunden haben.
Aufbau
Mit diesem Aufbau wurden Eure Messungen durchgeführt. Dieser Abschnitt lebt von guten(!) Fotos bzw. Skizzen.
Anfängliche Aufbauten, die später verworfen wurden, können erwähnt werden aber müssen ausgiebig betrachtet werden.
Wir haben während der dauer unseres Projektes diverse Aufbauten benutzt. Anfangs haben wir für unseren versuch einen großen lautsprecher genutzt allerdings haben wir festgestellt das so ein großes ding nicht besonders notwendig ist und der schall sich in alle richtungen ausbreitet sodass wir uns stattdessen für ein kleineren lautsprecher genommen haben den wir in eine richtung gerichtet haben. Dieser erwies sich als zuverlässig aber nicht leistungsstark sodass man manche messungen schwer messen konnte. Unser aufbau bestand aus einem lautsprecher der in einer dose war um die schallausbreitung durch ein loch zu konzentrieren. Davor haben wir die flame gehabt, genau auf der gleichen höhe wie das loch in der dose Wir haben ein handy über ein verstärker benutzt um diverse frequenzen zu generieren. Auserdem hatten wir eine Highspeedcamera und ein Schalldruckpegelmessgerät um unsere messungen durchzuführen.
Daten
Hier kommen keine Rohdaten sondern möglichst gut ausgewertete Daten rein - Graphen, Ausgleichskurven, etc. mit Fehlerbetrachtung!
Wir haben diverse parameter durch experimente überprüft und habeen festgestellt das es für jeden Scchalldruckpegel eine bestimmte frequenz gibt bis zu der , der versuch funktioniert. Die Messergebnisse verdeutlichen eine nahezu lineare Beziehung zwischen dem Schalldruckpegel und der oberen Frequenzgrenze. Mit zunehmendem Schalldruckpegel verschob sich die obere Frequenzgrenze systematisch zu höheren Frequenzen. Dieses Verhalten konnte durch einen Graphen bestätigt werden, der eine lineare Steigung zeigte. Dies zeigt, dass höhere Schalldruckpegel stärkere Wellen erzeugen, die die Flamme stärker beeinflussen.
Fazit
Eine kurze Zusammenfassung eurer Erkenntnisse.
Unser Projekt hat gezeigt, wie präzise Luftdruckänderungen, erzeugt durch die Schwingungen eines Lautsprechers, physikalische Effekte wie das Löschen einer Flamme hervorrufen können. Dabei haben wir nicht nur Einblicke in die Funktionsweise von Schall und dessen Wechselwirkung mit der Umgebung gewonnen, sondern auch gelernt, wie sensibel Experimente auf die kleinsten Änderungen reagieren. Der zuverlässige Aufbau und die Reproduzierbarkeit der Messungen stellten dabei eine zentrale Herausforderung dar. Was auch interessant war, war, dass ein gerichteter Lautsprecher eine viel größere Wirkung zeigte als eine Frequenzänderung und wir so auch auf höheren Frequenzen arbeiten können. Außerdem haben wir festgestellt, dass größer nicht immer besser bedeutet und dass ein kleiner Lautsprecher völlig ausreichend ist und eine große Box nicht genommen werden muss. Diese war beim Durchführen ebenfalls eher hinderlich als förderlich. Wir konnten einerseits feststellen, dass es einen genauen Wert gibt, bis zu dem man eine Kerze mit Schall löschen kann. Außerdem haben wir gelernt, dass die Dauer des Ausgehens nicht von der Frequenz abhängig ist. Aus unserem dritten Versuch konnten wir herausfinden, dass das Verhältnis zwischen der oberen Frequenzgrenze und dem Schalldruckpegel sehr wahrscheinlich linear ist.
Erfolge
Wir haben beim Jugend Forscht Teilgenommen und einen 3. Preis gewonnen.
Quellen
https://www.youtube.com/watch?feature=shared&v=tX6XSs2T5Go
https://praxistipps.chip.de/kerze-online-anzuenden-das-steckt-dahinter_116201
https://www.gypt.org/aufgaben/12-sound-versus-fire.html
https://www1.wdr.de/radio/wdr2/themen/frag-doch-mal-die-maus/feuer-pusten-100.html
https://letstalkscience.ca/educational-resources/backgrounders/what-sound-and-how-do-we-hear-it
https://de.wikipedia.org/wiki/Schalldruckpegel
Danksagungen
Ein ganz großes Dankeschön geht natürlich an Herr Ebert ohne den es nicht möglich wäre dieses Projekt durchzuführen.
