Marangoni-Bénard-Konvektionszelle

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Füllt man eine Schale flach mit einer Flüssigkeit und heizt sie von unten, bilden sich die Bénardzellen aus. Wir sind im Alltag ständig von diesen Strömungsgebilden umgeben; allerdings werden sie häufig nicht bemerkt, da sie erst sichtbar werden, wenn man der Flüssigkeit Markerteilchen zugibt. Das nachfolgende Bild zeigt Silikonöl mit Graphit. Das Video zeigt den Aufbau mit einem Ofen und 3 Lampen. Hier wird gezeigt, wie sich die Bénardzellen nach Rühren innerhalb von 1 Minute ausbilden, bzw. dasselbe mit buntem Licht angestrahlt (oder das gleiche bunte Video in Groß).

Um die Trajektorien der Markerteilchen nachzuvollziehen, wurde nun eine Langzeitaufnahme gemacht. Dafür wurde wenig, zerkleinerter Alustaub zugegeben und das Öl zur Kontraststeigerung rot eingefärbt. Das Video dazu zeigt 6 Sekunden (bzw. das gleiche Video, allerdings größer mit 3 Sekunden). Das folgende Bild kann hier mit einer größeren Auflösung downgeloadet werden.

Verändert man die Geometrie der Schale, kann man auch eine Monozelle produzieren. Bei dieser großen Zelle kann man z. B. besser das Temperaturprofil aufnehmen. Das Video dazu zeigt 80 Sekunden, bzw. 19 Sekunden.

Um die Oberfächenverformung zu untersuchen, wurde folgendes Bild gemacht. Es zeigt das Spiegelbild eines Schachbretts, wobei die Öloberfläche als Spiegel genutzt wurde. Aus den Verzerrungen läßt sich der Wölbradius der Oberfläche berechnen. Dieses Video zeigt den Versuchsaufbau mit der Restlichtkamera. Die Videos zeigen die Oberfläche beim Aufheizen von 100 °C auf 200 °C (4 Minuten), bzw. beim Aufheizen und nachfolgenden Abkühlen (10 Minuten).

Hier ist meine Diplomarbeit als PDF-Datei zum runterladen.

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