Vakuum
Experimente über (fast) nichts
in merkwürdiges Schauspiel bot sich im Jahre 1654 den Teil-
nehmern des Reichstages zu Regensburg: Insgesamt 16 Pferde
versuchen, eine große kupferne Kugel auseinander zu reißen. A-
ber so sehr sie sich auch abmühen – sie schaffen es nicht! Da läuft
ein Kind zur Kugel und plötzlich fällt sie in zwei Hälften auseinan-
der. Otto von Guericke, der Bürgermeister von Magdeburg, hatte
dem Kaiser ein Experiment zum Thema Vakuum vorgeführt.
Mit modernen Nachbauten der „Magdeburger Halbkugeln“
könnt Ihr den Versuch wiederholen. Vielleicht schafft Ihr es ja, die
beiden Hälften auseinander zu ziehen, es gibt da einen Trick…
Was ist ein Vakuum?
Das lateinische Wort „vacus“ bedeutet „leer“. Wenn wir das
Wasser aus einer Schale ausgetrunken haben, sagen wir „die
Schale ist leer“. Aber eigentlich ist sie nicht leer: dort, wo vorher
das Wasser war, ist jetzt Luft. Luft besteht aus vielen, winzig klei-
nen Gasmolekülen, die ständig in Bewegung sind (überwiegend
Stickstoff und Sauerstoff). Wir können sie nicht sehen, aber wir
können ihren Druck spüren (z. B. als Wind), wenn sie auf unsere
Haut stoßen. Meist merken wir das gar nicht mehr, wir haben uns
daran gewöhnt.
Weil die Moleküle sich ständig schnell bewegen, füllen sie jeden
Raum aus, in den sie hineinkommen. Wenn wir die beiden Scha-
len der Magdeburger Halbkugel zusammensetzen ändert sich ei-
gentlich nichts: die Luftmoleküle stoßen von außen und innen
E
gleich stark gegen die Schalen: Der
Druck ist auf beiden Seiten gleich groß.
Wenn wir aber die Luft aus der Kugel
heraussaugen und dann die Kugel ver-
schließen, stoßen nur noch Luftmoleküle
von außen an die Schalen. So stark ist
der äußere Luftdruck, dass es sehr
schwierig ist, die Schalen auseinander zu
reißen. Dasselbe Prinzip nutzen wir auch
bei vakuumverpackten Lebensmitteln:
Der äußere Luftdruck hält uns das Kon-
servenglas fest zu. Otto von Guericke
hatte damals die Luftpumpe erfunden
und konnte darum viele Versuche mit
dem Vakuum durchführen.
Ein Vakuum hat man erzeugt, wenn
in einem Gefäß weniger Gasmolekü-
le sind als außerhalb des Gefäßes.
Ein absolutes Vakuum hätte man er-
zeugt, wenn in dem Gefäß überhaupt
keine Gasteilchen mehr wären. Aus
technischen Gründen kann man das nie
erreichen.
Was hat ein Vakuum mit
Schwerelosigkeit zu tun?
Wie fallen Dinge im Vakuum? Wir ma-
chen einen Versuch: In einem Glasrohr
sind eine Feder und ein Metallstück ein-
geschlossen. Die Feder fällt langsamer,
weil sie von den Luftmolekülen mehr
gebremst wird als das Metallstück. Was
passiert im Vakuum?
Um Euch zu beruhigen: Das Kaffeepul-
ver würde auch dann nicht in der Vaku-
umverpackung herumschweben, wenn
da genug Platz wäre.
Der Luftballon im Vakuum
Wir legen einen etwas aufgeblasenen
Luftballon unter eine Glasglocke. Die
Luftmoleküle im Ballon stoßen von in-
nen gegen die Gummimembran. Von
außen stoßen die Luftmoleküle in der
Glasglocke genau so stark gegen die
Membran. So bleibt der Ballon stabil.
Was wird geschehen, wenn wir die
Glasglocke evakuieren?
Was wird mit einem Schokokuss oder
einem Marshmallow im Vakuum ge-
schehen?
Lärm im Weltall?
Wie Ihr in den letzten beiden Versuchen
gesehen habt, geht Licht durch das Va-
kuum hindurch: man kann Dinge sehen,
die im Vakuum sind. Wie ist das aber
mit dem Schall? Kann man hören, wenn
die Triebwerke einer Rakete im Welt-
raum gezündet werden? Probiert es
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selbst mit einer elektrischen Klingel in
der Glasglocke aus!
Das Frühstücksei im Himalaja
Auch Wasser besteht aus Molekülen
(H
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O), die sich als Flüssigkeit schnell be-
wegen können. Unter normalen Um-
ständen verdunstet nur wenig Wasser,
denn Wassermoleküle, die die Flüssigkeit
verlassen wollen, werden von den Gas-
molekülen „zurückgestoßen“ (A).
Wenn wir das Wasser erhitzen, bewe-
gen sich die Moleküle schneller. Ihre
Bewegungsenergie wird immer größer.
So gelingt es immer mehr Wassermole-
külen, die Flüssigkeit zu verlassen, denn
die Gasmoleküle können nicht mehr
stark genug „dagegen stoßen“. Bei
100°C siedet das Wasser (B).
Auf einem hohen Berg, z. B. dem Mt.
Everest, ist der Luftdruck geringer. Weil
hier weniger Luftmoleküle die Wasser-
moleküle am Verlassen der Flüssigkeit
hindern, siedet das Wasser noch bevor
es 100°C heiß ist (C). Wenn wir also auf
dem Mt. Everest ein Frühstücksei kochen
wollen, müssen wir es länger kochen als
auf Meereshöhe, weil das kochende
Wasser nicht so heiß ist!
Probiert selbst mit der Vakuumglocke,
ob ihr Wasser schon bei Zimmertempe-
ratur zum Kochen bringen könnt!
Anwendungen des Vakuums
Vakuum wird in vielen Erfindungen be-
nutzt. Sucht in Eurer Umgebung nach
solchen Anwendungen und versucht zu
verstehen, wie sie funktionieren!
Hier sind ein paar Beispiele:
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