Filz-Trocknungs-Versuch (Infrarot)


Anleitung


Einführung


Etwa 2 bis 3 Stunden: ein wassergetränktes Stück Filz wird senkrecht aufgehängt und mit einer starken Infrarot Heizlampe bestrahlt. Man sieht mit dem Auge das verdampfende Wasser. Gemessen wird das Gewicht als Funktion der Bestrahlungsdauer.

Material


◦ Quadratisches Filzstück, 10 cm Kantenlänge, 4 mm Dicke aus Polyester => Filz
◦ Ein => Flüssigkeitsthermometer [bis 110 °C]
◦ Ein 150 Watt => Infrarotstrahler
◦ Eine => elektronische Waage
◦ Mehrere => Laborstativ[e]
◦ Ein Stein als => Platte
◦ Ein => Feuerlöscher
◦ Eine => Laboruhr
◦ => Notizzettel
◦ => Stift

Aufbau


◦ Stativ aufbauen, sodass Filzstück daran senkrecht aufgehängt werden kann, darunter muss der Stein liegen.
◦ Zur Sicherheit: eine Steinplatte direkt unter das Filzstück auf den Tisch legen (Brandschutz).
◦ Heizlampe zum Beispiel 8 cm entfernt vom Filzstück aufstellen, direkt auf den Filz richten.
◦ Thermometer mit einem Stativ zwischen Strahler und Filz nahe am Filz platzieren.
◦ Feuerlöscher zur Sicherheit in greifbarer Nähe aufstellen.
◦ Die elektronische Waage wird gut erreichbar aufgestellt.
◦ Die Laborstoppuhr gut erreichbar aufstellen.

Durchführung


◦ Filzstück trocken wiegen und dieses Trockengewicht auf dem Notizzettel aufschreiben.
◦ Filzstück vollständig in Wasser tränken. Das Gewicht nimmt dann von z. B. 6,6 bis auf 42,1 g zu.
◦ Das wassergetränkte Filzstück wird gewogen und die Startmasse zusammen mit der Zeit 0 Minuten notiert.
◦ Das wassergetränkte Filzsstück wird dann senkrecht an einer Stativ-Klemme über dem Stein aufgehängt.
◦ Dann wird der Infrarotstrahler angemacht und gleichzeitig die Laboruhr in Gang gesetzt.
◦ Nach fünf Minuten wird das Filzstück erneut gewogen: 5 Minuten mit Gewicht notieren.
◦ So weiter vorgehen, bis das Filzstück sein ursprüngliches Trockengewicht erreicht hat.

Zum Brandschutz


Infrarotstrahlen mit etwa 150 Watt Leistung werden als haushaltsübliche Wärmer für menschliche Körper oder Tiere in Terrarien eingesetzt. Sie sind damit keine besondere Gefahrenquelle. Vliesstoff aus Polyesterfasern hat eine Schmelztemperatur von etwa 250 bis 260 °C und eine Zündtemperatur von über 300 °C [1]. Damit ist mit der Versuchsanordnung oben ein Brand nahezu ausgeschlossen. Die Steinplatte unter dem Vlies sowie der Feuerlöscher werden aber zur Sicherheit für unvorhergesehene Effekte trotzdem mit aufgebaut. Siehe auch => Polyester

Ergebnisse


Die folgenden Ergebnisse stammen von einem ersten Pilotversuch vom 14. Januar 2022, durchgeführt in der Mathe-AC Lernwerkstatt in Aachen. Es zeigte sich, dass das Gewicht des Filzstückes in etwa linear mit grob etwa 3 bis 4 Gramm pro fünf Minuten abnahme. Nach 70 Minuten war das Filzstück vollständig getrocknet.

◦ 0 min -> 42,1 g
◦ 5 min -> 37,7 g
◦ 10 min -> 34,2 g
◦ 15 min -> 30,1 g
◦ 20 min -> 26,9 g
◦ 25 min -> 22,7 g
◦ 30 min -> 20,2 g
◦ 35 min -> 18,1 g
◦ 40 min -> 15,6 g
◦ 45 min -> 13,3 g
◦ 50 min -> 11,2 g
◦ 55 min -> 9,1 g
◦ 60 min -> 7,8 g
◦ 65 min -> 7,3 g
◦ 70 min -> 6,6 g

Stromkosten


150 Watt Heizleistung der Lampe bedeutet: 150 Joule Energie in jeder Sekunde; das über 70 Minuten oder 4200 Sekunden hinweg heißt insgesamt 630 tausend Joule für die vollständige Trocknung. Joule geteilt durch 3,6 Millionen gibt Kilowattstunden, hier also rund: 0,175 Kilowattstunden. Bei einem Strompreis für den variablen Anteil der Stromkosten von 6,5 Cent pro Kilowattstunde gibt das Stromkosten von rund 1,14 Cent pro Filzstück. Siehe auch => Joule in Kilowattstunden

Verfahrensvergleich


70 Minuten für eine vollständige Trocknung: deutlich schnellere Trocknungserfolge konnte mit einem Mikrowellengerät (10 Minuten) erzielt werden. Ebenfalls sehr schnell, aber nicht vollständig trocknend, war das Pressen mit Handdtüchern. Lies mehr unter => Filz-Trocknungs-Versuch

Quelle


◦ [1] 2018 BetonKalender. Bautenschutz. Brandschutz. Verlag Ernst & Sohn. ISBN: 978-3-433-03160-5