Ach, so ist das!: 50 thermofluiddynamische Alltagsphänomene anschaulich und wissenschaftlich erklärt PDF
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Heinz Herwig Ach, so ist das! 50 thermofluiddynamische Alltagsphänomene anschaulich und wissenschaftlich erklärt Ach, so ist das! Heinz Herwig Ach, so ist das! 50 thermofluiddynamische Alltagsphänomene anschaulich und wissenschaftlich erklärt HeinzHerwig InstitutfürThermofluiddynamik TUHamburg-Harburg Hamburg,Deutschland ISBN978-3-658-05629-2 ISBN978-3-658-05630-8(eBook) DOI10.1007/978-3-658-05630-8 DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;de- tailliertebibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. SpringerVieweg ©SpringerFachmedienWiesbaden2014 DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtaus- drücklichvomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Dasgilt insbesonderefürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspei- cherungundVerarbeitunginelektronischenSystemen. DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkbe- rechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinneder Warenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermann benutztwerdendürften. Lektorat:ThomasZipsner GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier. Springer ViewegisteineMarkevon SpringerDE.Springer DEistTeilderFachverlagsgruppeSpringer Science+BusinessMedia www.springer-vieweg.de v Vorwort 1 Dieses Buch ist kein Lehrbuch im klassischen Sinne. Es wendet sich an Studierende technischer Fächer, ehemalige Studenten dieser Fächer und ganz allgemein auch an den technisch interessierten Laien. Sie alle werden an dem Buch Spaß haben, wenn Ihnen immer mal wieder im Alltag Phänomene begegnet sind, die sie gerne genauer verstehen würden. Hier sind solche Phänomene ausgewählt worden, die im weitesten Sinne mit thermodynamischen und strömungsmechanischen Vorgängen erklärt werden können. Um jeweils den Bogen von der leicht verständlichen “anschaulichen Erklärung” zuden“weitergehendenBetrachtungen” schlagenzukönnen,sindjedemPhänomen jeweils zwei Abschnitte gewidmet, - die anschauliche Erklärung - weitergehende Betrachtungen Die Idee hinter diesem Konzept ist, dass jeder den ersten Abschnitt lesen und verstehen kann, dass aber je nach Vor- und Ausbildung der zweite Abschnitt ganz, teilweise, oder vielleicht auch gar nicht mehr studiert werden sollte. Wie immer Sie sich selbst diesbezüglich entscheiden, lieber Leser, der Autor wünscht viel Spaß mit diesem Buch. Und noch ein Hinweis: Die 50 Phänomene sind zwar hoffentlich einigermaßen sinnvoll gruppiert, sie bauen aber nicht aufeinander auf. Das heißt: Blättern erwünscht, und das lesen, was interessiert! Vorwort 2 (Danksagung) Jedes einzelne der 50 Phänomene, die in diesem Buch behandelt werden, ist in einem Kreis von Mitarbeitern des Instituts für Thermofluiddynamik an der TU Hamburg-Harburg ausgiebig, teilweise kontrovers, aber stets konstruktiv diskutiert worden. Dieser umfangreiche Diskussionsprozess hat zu zahlreichen Veränderungen und sicherlich auch zu vielen Verbesserungen geführt. Dafür gilt der besondere Dank (in alphabetischer Reihenfolge): Dr.-Ing. Andreas Moschallski, Dipl.-Ing. ChristophRedecker,Dipl.-Ing.BastianSchmandt,Dipl.-Ing.Marc-FlorianUthund Dr.-Ing.TammoWenterodt.AndenDiskussionenwarenauchdiebeidenStudenten beteiligt, die für die Umsetzung der Vorlagen in LATEX und die Erstellung der Bilder gesorgt haben: Andreas Hansen und Peter Niemann. Ein ganz besonderer vi Dank geht an Herrn Niemann, der bis zum Schluss den Optimismus bewahrt hat, “dass alles schon werden wird”. Ohne Frau Moldenhauer hätten wir aber die vielfach überarbeiteten, z.T. handschriftlichen Vorlagen nicht zu einem sinnvollen Ganzen werden lassen können. Nochmals an alle: Herzlichen Dank! Last but not least: Die bewährte Zusammenarbeit mit dem Verlag (der bei jedem neuen Buch einen neuen Namen trägt ...) hat wieder großen Spaß gemacht! Heinz Herwig Hamburg, Frühjahr 2014 vii Phänomene nach Kategorien Teil I: Haus & Garten ...........................................1 Phänomen 1: Flüssigkeiten im Haushalt ..............................3 Phänomen 2: Tropfende Tee- und Kaffeekannen .......................8 Phänomen 3: Heiße Gegenstände ....................................12 Phänomen 4: Wassertropfen auf heißer Herdplatte ...................16 Phänomen 5: Funktion eines Wasserhahns ...........................20 Phänomen 6: Aufprallender Wasserstrahl ............................25 Phänomen 7: Bewegter Duschvorhang ...............................29 Phänomen 8: Defekte Toilettenspülung ..............................32 Phänomen 9: Luftfeuchte, Behaglichkeit und Schimmelbildung .......37 Phänomen 10: Heizungssysteme und Heizkörpertemperaturen .........45 Phänomen 11: Zugerscheinungen in der Wohnung .....................52 Phänomen 12: Kühlen mit dem Kühlschrank ......................... 57 Phänomen 13: Heizkessel für Warmwasserheizungen .................. 63 Phänomen 14: Gartenbewässerung ....................................69 Phänomen 15: Balkonpflanzenbewässerung ............................75 viii Inhaltsverzeichnis Teil II: Speisen & Getränke ..................................81 Phänomen 16: Kochen, braten, backen ................................82 Phänomen 17: Ein Steak braten ......................................88 Phänomen 18: Ein Ei kochen .........................................95 Phänomen 19: Gekochtes Ei in einem Wasserstrahl ...................99 Phänomen 20: “Kochendes” Wasser ..................................101 Phänomen 21: Kochen im Dampfdruck-Kochtopf ....................105 Phänomen 22: Kaffee möglichst heiß trinken .........................111 Phänomen 23: Teeblätter am Tassenboden ...........................119 Phänomen 24: Geschüttelte Mineralwasser-Flasche ...................123 Phänomen 25: Gefrierende Mineralwasser-Flasche ....................128 Teil III: Reisen & Freizeit ....................................131 Phänomen 26: Auftriebserzeugung an einem Flugzeug-Tragflügel .....132 Phänomen 27: “Zusatzflügel” an Flugzeugen .........................138 Phänomen 28: Kondensstreifen hinter Flugzeugen ................... 145 Phänomen 29: Geschwindigkeit von Verkehrsflugzeugen ..............148 Phänomen 30: Auftrieb beim Heißluftballon und beim Flugzeug .....152 Phänomen 31: Kurvenverhalten eines Heliumballons .................157 Phänomen 32: Autotests in Windkanälen ............................162 Inhaltsverzeichnis ix Phänomen 33: Schlittschuhlaufen auf “stumpfem” Eis ................168 Phänomen 34: “Bananen-Flanke” ....................................172 Teil IV: Energie & Umwelt ..................................179 Phänomen 35: Heizen bei Abwesenheit ..............................181 Phänomen 36: Kraftwerks-Wirkungsgrade ...........................186 Phänomen 37: Energie speichern .................................... 191 Phänomen 38: Energieverbrauch eines 4-Personen-Haushalts .........196 Phänomen 39: Energie einsparen ....................................200 Phänomen 40: Heizen mit einer Wärmepumpe .......................205 Phänomen 41: “Singende Geräusche” von Überland-Stromleitungen ..210 Phänomen 42: Gefühlte Temperatur .................................214 Phänomen 43: Energiehaushalt des Menschen ........................220 Phänomen 44: Verdunstungskühlung ................................227 Phänomen 45: Luftdruck und was wir ihm verdanken ................232 Phänomen 46: Größe von Lebewesen ................................242 Phänomen 47: Eigenschaften von Wasser ............................248 Phänomen 48: Treibhauseffekt .......................................257 Phänomen 49: Temperaturmessung in der Sonne .....................263 Phänomen 50: Rotglühender Sonnenuntergang .......................268 Glossar ...........................................................271 1 Teil I: Haus & Garten Hinweis: Wichtige Begriffe sind in einem Glossar am Ende des Buchs erläutert. Im Text zu den einzelnen Phänomenen sind die auf diese Weise behandelten Begriffe durch sog. Kapitälchen hervorgehoben (Schreibweise in Großbuchstaben). Phänomen 1: Das seltsame Verhalten einiger Flüssigkeiten im 3 Haushalt Phänomen 2: Tee- und Kaffeekannen tropfen leider meist uner- 8 wünscht nach Phänomen 3: Nicht an jedem heißen Gegenstand verbrennen wir 12 uns die Finger - wieso eigentlich nicht? Phänomen 4: Wassertropfen “tanzen” auf der heißen Herdplatte - 16 sicherlich nicht aus Übermut Phänomen 5: Wir drehen ganz selbstverständlich einen Wasser- 20 hahn auf oder zu - aber was geschieht dabei eigent- lich genau? Phänomen 6: Ein Wasserstrahl bildet nach dem Aufprall auf eine 25 ebene Fläche eine kreisringförmige Struktur aus Phänomen 7: Ein lose herabhängender Duschvorhang bewegt sich 29 unerwünscht auf den Körper zu, wenn die Dusche angestellt wird Phänomen 8: Eine defekte Toilettenspülung unterbricht den Was- 32 serfluss nicht langsam, sondern lässt den “Wasser- hammer” zuschlagen Phänomen 9: Luftfeuchte, Behaglichkeit und Schimmelbildung 37 Phänomen 10: Heizungssysteme und Heizkörpertemperaturen 45
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