Unter Vakuum Faszinierende Entdeckungen, neue Erkenntnisse und span- nende Experimente bieten Themenbereiche rund um das Vakuum. Interdisziplinär können Experimente durchgeführt und ausgewertet werden



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Unter Vakuum

Faszinierende Entdeckungen, neue Erkenntnisse und span-

nende Experimente bieten Themenbereiche rund um das 

Vakuum. Interdisziplinär können Experimente durchgeführt 

und ausgewertet werden. Das Vakuum präsentiert sich mit-

nichten als ein Nichts, vielmehr als Lieferant ungewöhnlicher 

Erscheinungen, sozusagen als „Forschungsschatzkiste”.

Das wohl bekannteste Vakuum-Experiment erdachte der Magde-

burger Bürgermeister Otto von Guericke im Jahr 1654. Die neu-

gierigen Zuschauer staunten nicht schlecht, als mittels zweier abge-

dichteter Halbkugeln, eines Ventils und einer Luftpumpe ein solch 

starkes Vakuum erzeugt wurde, dass zwei Gespanne aus jeweils 

acht Pferden die beiden Kugelhälften nicht zu trennen vermochten. 

Mit diesem berühmten Experiment begann die Vakuumforschung. 

Auch heute sind solche Versuche von großer Bedeutung – wenn 

auch nicht mehr mit Pferden, die an Halbkugeln ziehen, sondern  

mit Hightech-Instrumenten, wie sie beispielsweise in der Raum   fahrt 

eingesetzt werden. Denn bekanntlich gibt es im Weltraum keine 

Luft. Wie aber kann da ein Raketentriebwerk „brennen”, wenn es 

die dichten Schichten der Erdatmosphäre verlassen hat?




Kraft des Vakuums

Ausschlaggebend für den Zusammenhalt 

der beiden Halbkugeln in Guerickes Ver-

such ist der Umgebungsluftdruck, der 

durch die Bewegung der Luftmoleküle 

hervorgerufen wird. Diese würden in den 

leeren Raum innerhalb der Kugel strö-

men, aber können es nicht, weil das 

Ventil die Kugel luftdicht verschließt. 

Schon die alten Griechen untersuchten 

das Strömungsverhalten der Luft. Sie 

beobachteten immer wieder eine Strö-

mung zum Gebiet mit niedrigem Druck.  

In diesem Zusammenhang sprachen sie 

vom „horror vakuui” (Angst vor der 

Leere). Ein Bereich mit Unterdruck wird 

immer mit Luft aufgefüllt, er kann nicht 

lange bestehen. Technische Geräte wie 

Ventile (die dies verhindern) gab es zu  

dieser Zeit noch nicht. 

Wie groß ist aber überhaupt die drucker-

zeugende Gewichtskraft der Luft in unse-

rer Umgebung? Das kann leicht ermittelt 

werden, wenn man weiß, wie viel Luft 

wiegt. Die Dichte der Luft hat einen Wert 

von 1,29 kg/m³. Das bedeutet, dass die 

Masse eines Kubikmeters Luft 1,29 kg be -

trägt. Dafür, dass diese Masse ja eigent-

lich gar nicht wahrgenommen wird, ist 

das schon ein stattlicher Wert. 

Auftreten des Vakuums

Ein Vakuum ist immer da vorhanden, 

wo innerhalb eines Gefäßes weniger 

Luftmolekü   le  pro  Volumeneinheit  sind   

als außerhalb. Umgangssprachlich be -

zeichnet das Vakuum einen luftleeren 

Raum.

In großen Teilen des Universums herrscht 



Vakuum. Für die Raumfahrt bedeutet 

das: Probleme, die ein Aufenthalt im 

Vakuum mit sich bringen könnte, müssen 

vorher genau erfoscht werden. So finden 

Unter suchungen von Weltraumantrieben 

im Höhenprüfstand des DLR-Standorts 

Lampoldshausen im Auftrag der Europä-

ischen Weltraumorganisation ESA statt. 

Hier wird das Oberstufentriebwerk der 

Trägerrakete Ariane 5 unter Weltraum-

bedingungen – also im Vakuum – getes-

tet. Da im Weltraum kein Sauerstoff für 

die Verbrennung vorhanden ist, wird er 

als zweite Treibstoffkomponente neben 

dem Wasserstoff in flüssiger Form in der 

Rakete mitgeführt. Auch beim Bau und 

Betrieb einer Raumstation wie der ISS ist 

besonders sorgfältig darauf zu achten, 

dass das Innere der Station vollständig 

gegen das Vakuum des Weltalls isoliert 

ist. Raumstationen und Satelliten, wie sie 

z. B. im DLR-Standort Neustrelitz empfan-

gen werden, sollen zuverlässig über viele 

Jahre nutzbar sein. Um das zu gewährleis-

ten, müssen die Entwicklungsingenieure 

beachten, dass viele ihrer Baugruppen 

unter Weltraumbedingungen ganz an -

ders funktionieren als auf der Erde. Expe-

rimente unter Vakuumbedingungen und 

auch unter Schwerelosigkeit liefern dazu 

wichtige Informationen. 

Aber auch im Alltag gibt es viele Dinge, 

bei denen das Vakuum genutzt wird. 

Staubsauger erzeugen ein Vakuum, 

damit der Staub durch den Saugschlauch 

in den Beutel gedrückt wird. In sofern ist 

der Begriff Staubsauger eigentlich irre-

führend. Andere Beispiele sind vakuum-

verschlossene Konserven, die beim ersten 

Öffnen – bedingt durch den dabei statt-

findenden Druckausgleich – das charak-

teristische Knacken von sich geben.

Unter Vakuum

2

Stich von Guerickes berühmtem 



Versuch aus seinem Werk 

„Experimenta nova (ut vocantur) 

Magdeburgica de vacuo spatio“ 

Höhenprüfstand auf dem Testgelände im 

DLR-Standort Lampoldshausen

© Wikipedia

© DLR



natürlich nicht. Aber dass alle Körper 

gleich schnell fallen, gilt nur im Vakuum. 

Die Luft um uns auf der Erde bremst 

jeden Körper in seinem Fall. So kommt 

es, dass eine Feder langsamer „herunter-

segelt” als der Stein. Anders auf dem 

Mond: Hier bestätigten die amerikani-

schen Astronauten eindrucksvoll Galileis 

Behauptung und zeigten, dass ein Ham-

mer und eine Feder tatsächlich gleich 

schnell fallen. Dass das wirklich so ist, 

kann auch im DLR_School_Lab nachge-

wiesen werden. Dazu werden in einer 

speziellen Röhre, die luftleer gepumpt 

wurde, verschiedene Körper fallen  

gelassen.

Auch in der Forschung werden solche 

Fallröhren genutzt. Das Zentrum für an -

gewandte Raumfahrttechnologie und 

Mikrogravitation (ZARM) betreibt in 

Bremen einen Fallturm, der eine 110 m 

lange Fallröhre besitzt. Sie wird vor jedem 

Experiment nahezu luftleer gepumpt.  

Das ist erforderlich, damit die Experi-

ment-Kapsel tatsächlich frei fallen kann 

und nicht durch den Luftwiderstand  

verzögert wird. Nur so können in ihrem 

Inneren die Experimente in Schwere-

losigkeit ablaufen. 

Die Experimente

Im DLR_School_Lab können die Schüle-

rinnen und Schüler neben den vorbereite-

ten Experimenten auch mitgebrachte, 

selbst entwickelte Versuchsaufbauten  

im Vakuum testen.

Aus klein wird groß

Wird ein unaufgeblasener Luftballon dem 

Vakuum ausgesetzt, so ist kein Effekt zu 

sehen. Wurde er dagegen vorher mit Luft 

gefüllt, so ist Erstaunliches zu beobach-

ten: Der Luftballon wird größer und grö-

ßer und ... platzt. Warum das so ist, lässt 

sich gut mit dem Teilchenmodell erklä-

ren. Im Luftballon bewegen sich die 

Luftmoleküle sehr schnell und treffen 

dabei ständig von innen auf die Gummi-

haut. Ihre Ausdehnung wird aber durch 

die von außen wirkenden Moleküle der 

Umgebungsluft verhindert. Im Vakuum 

fehlen diese äußeren Teilchen jedoch. 

Nichts kann mehr den Bewegungsdrang 

der Luftmoleküle im Ballon unterdücken. 

Sie „schießen“ von innen derart gegen 

die Ballonhaut, dass sie sich dehnt und 

im Extremfall sogar zerreißt. In umge-

kehrter Richtung findet dieser Vorgang – 

natürlich ohne Ausdehnung – bei den 

Magdeburger Halbkugeln statt und 

bewirkt ihren Zusammenhalt.



Auftrieb in der Luft

Genau wie im Wasser erfahren Körper im 

Gas einen Auftrieb. Mit Hilfe einer Styro-

porkugel kann dieser Effekt nachgewie-

sen werden: Die Kugel hängt an einer 

austarierten Balkenwaage, die unter die 

Vakuumglocke gebracht wird. Nach dem 

Auspumpen der Luft ist zu beobachten, 

dass sich die Seite des Waagebalkens mit 

der Styroporkugel gesenkt hat. Warum 

ist das so?

3

Schüler experimentieren mit der 



Drehschieberpumpe

Die Lösung liefert das Auftriebsgesetz, 

das von Archimedes von Syrakus formu-

liert wurde: Die auf einen Körper wirkende 



Auftriebskraft ist gleich der Gewichtskraft 

des durch den Körper verdrängten Medi-

ums. Das bedeutet für den Fall der Styro-

porkugel, dass sie im Ausgangszustand 

ein gewisses Volumen an Luft verdrängt. 

Aufgrund dieser Verdrängung erhält die 

Kugel ihren Auftrieb. Im Vakuum sinkt 

die Kugel, weil die Luft immer „dünner“ 

wird. Das durch die Kugel verdrängte 

Gasvolumen bleibt zwar gleich, jedoch 

nimmt die Dichte der Luft ab. Diese Ab  -

nahme hat immer eine Verringerung der 

Auftriebskraft zur Folge. Dabei sind die 

auf den Körper wirkende Auftriebskraft 

und die Dichte des durch ihn verdrängten 

Mediums zueinander direkt proportional.



Lärm im Weltall? Kein Thema!

Die Luft setzt sich aus 78% Stickstoff, 

21% Sauerstoff sowie 1% Edelgasen und 

Kohlenstoffdioxid zusammen. Die enthal-

tenen Gasmoleküle bewegen sich sehr 

schnell, sodass sie in kürzester Zeit einen 

Raum gleichmäßig ausfüllen können. Sie 

sind unglaublich klein und können nicht 

einzeln wahrgenommen werden. Anders 

ist es mit dem – durch eine große Anzahl 

von Molekülen hervorgerufenen – Gas-

druck. Druckunterschiede in verschiede-

nen Gebieten bzw. den zwischen ihnen 

stattfindenden Druckausgleich nehmen 

wir als Druckwelle in Form einer mehr 

oder minder starken Strömung (Wind) 

wahr. Aber auch an der Membran eines 

Lautsprechers oder an unseren Stimm-

bändern werden Druckwellen (Schall-

wellen) ausgelöst. Fakt ist dabei: Ohne 

Luft könnten sich diese Wellen nicht  

ausbreiten und wir uns auf der Erde  

beispielsweise nichts zurufen und auch 

keine anderen Geräusche wahrnehmen. 

Im Weltraum, wo tatsächlich keine Luft 

existiert, wäre der Mensch ohne Hilfs-

mittel taub. Hier sind alternative Kom-

munikationsmittel wie Funkverbindungen 

erforderlich, um in Kontakt bleiben zu 

können. 


Wer hoch steigt, der kann tief fallen

... nur wie schnell ist die Frage. Das inter-

essierte auch Galileo Galilei, der nach ein-

gehenden Beobachtungen behauptete, 

dass alle Körper gleich schnell fallen. 

Stimmt das? Fällt nicht aus gleicher Höhe 

eine Feder um einiges langsamer als ein 

Stein? Liegt also Galilei falsch? Nein, 



Schokokuss im Vakuum 

© DLR


© DLR


DLR_School_Lab_Unter Vakuum_D-

08/12


Kochendes Eis

Ein ganz besonderes Phänomen ist zu 

beobachten, wenn Wasser im Vakuum 

ohne zusätzliche Heizung siedet. Obwohl 

das Wasser kocht, kann man mit Hilfe 

eines Thermometers feststellen, dass es 

sich immer weiter abkühlt. Unter günsti-

gen Bedigungen kühlt das Wasser sogar 

so stark ab, dass sich Eis bildet. Die Er -

klärung dafür liegt in der Überwindung 

der Kohäsionskräfte, die für die Anzie -

hung zwischen den Wassermolekülen 

verantwortlich sind. Wenn Wasser siedet, 

geht es in den gasförmigen Aggregat-

zustand über. Für die Moleküle bedeutet 

dies, dass sie einen größeren Aufenthalts-

raum einnehmen, sich schneller bewegen 

und einen großen Abstand zum nächsten 

Molekül haben. 

Der Zustandswechsel von flüssig zu gas-

förmig ist nur möglich, weil im Vakuum 

keine Luftmoleküle den Wassermolekülen 

mehr im Weg sind und sie zurückdrän-

gen. Die Moleküle an der Wasser ober-

fläche haben dadurch die Möglichkeit, 

sich aus der Flüssigkeit zu lösen. Wie ist 

das möglich? Durch die Wirkung der 

Kohäsionskräfte im Wasser werden sie 

doch eigentlich daran gehindert. Die 

Antwort: Zur Überwindung der Bindung 

ans Wasser ist Energie erforderlich, die 

von tieferliegenden Wassermolekülen 

„geliefert” wird. Diese Moleküle „verlie-

ren” dabei einen Teil ihrer eigenen Ener-

gie. Weniger Energie bedeutet weniger 

Bewegung und damit eine niedrigere 

Temperatur. Das Sieden hat so das 

Gefrieren eines Teils des Wassers zur 

Folge.

Auch dieser auf den ersten Blick paradox 



erscheinende Effekt zeigt, dass unter be -

stimmten Bedingungen Vorgänge ganz 

anders als auf der Erde gewohnt ablau-

fen können. Die Erforschung solcher Pro-

zesse ist für den Erfolg der Raumfahrt 

von entscheidender Bedeutung und wird 

auch vom DLR mit vorangetrieben. 

Bei Raumtemperatur im Vakuum erstarrtes 

Wasser 

DLR_School_Lab Neustrelitz

Kalkhorstweg 53

17235 Neustrelitz

Leitung: Dr. Albrecht Weidermann

Telefon: 03981 237 862  

oder   03981 480 220

Telefax:  03981 237 783

E-Mail: schoollab-neustrelitz@dlr.de

www.DLR.de/dlrschoollab

Das DLR im Überblick

Das DLR ist das nationale Forschungs-

zentrum der Bundesrepublik Deutsch-

land für Luft- und Raumfahrt. Seine 

umfangreichen Forschungs- und 

Ent   wicklungsarbeiten  in  Luftfahrt, 

Raumfahrt, Energie, Verkehr und 

Sicherheit sind in nationale und inter-

nationale Kooperationen eingebunden. 

Über die eigene Forschung hinaus ist 

das DLR als Raumfahrt-Agentur im 

Auftrag der Bundesregierung für die 

Planung und Umsetzung der deutschen 

Raumfahrtaktivitäten zuständig. Zudem 

fungiert das DLR als Dachorganisation  

für den national größten Projektträger.

In den 16 Standorten Köln (Sitz des 

Vorstands), Augsburg, Berlin, Bonn, 

Braunschweig, Bremen, Göttingen, 

Hamburg, Jülich, Lampoldshausen, 

Neustrelitz, Oberpfaffenhofen, Stade, 

Stuttgart, Trauen und Weilheim beschäf-

tigt das DLR circa 7.000 Mitarbeiterinnen 

und Mitarbeiter. Das DLR unterhält Büros 

in Brüssel, Paris und Washington D.C.

Das DLR Neustrelitz

Der DLR-Standort Neustrelitz liegt etwa 

100 Kilometer nördlich von Berlin im 

Bundesland Mecklenburg-Vorpommern. 

Hier arbeiten über 70 Wissenschaftler, 

Ingenieure und Angestellte.

Die Forschungs- und Entwicklungs arbeiten 

am Standort sind den Themenbereichen 

satellitengestützte Erdbeobachtung, 

Navigation und Ionosphärenerkundung 

zugeordnet und gliedern sich in verschie-

dene Forschungsprogramme ein.



© DLR


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