Sehr geehrtes Forum,
ich habe ein Versuchsaufbau für Kinder ( ca. 6 Jahre) vorbereitet wo ich
leider in der Generalvorführung in unerwartete Erklärungsnot geriet. Ich
möchte nachweisen, dass der el. Widerstand des Wassers stark vom
Salzgehalt abhängt. Dies soll idealerweise durch permanentes Messen des
RW (Widerstand Wasser) und der Zugabe von Salz + Umrühren +
zwischendurch Erhitzen mit Mikrowelle geschehen.
Versuchsaufbau:
1Trinkglas 0,2l
1 Ohmmeter, PeakTech 1070 (Grundschul DMM)
1 Teelöffel Kochsalz
2 Imbusschlüssel als Elektroden, 8mm SW, 90° gewinkelt, CrMoX – Stahl,
Standard
2 Krokodilzangen auf 4mm Laborsteckverbindung (kein Wackelkontakt,
Industriegefertigt, Reichelt) für die Verbindung zwischen DMM und den
Elektroden
Ca 0,15 l Leitungswasser, relativ hart.
RW ohne Salz: fast exakt 20k, RW mit Teelöffel Salz ca. 5k bei
Entfernung der Elektroden von ca. 4 cm und Eintauchtiefe von 6 cm sowie
20°C Wassertemperatur. Das Salz ist komplett im Wasser gelöst. Strömung:
ruhend, unmittelbar nach dem Umrühren, 20 Sekunden Beruhigungszeit.
Die Fragen:
1. Warum nimmt RW mit abnehmender Entfernung der Elektroden nicht ab?
Der nimmt sogar leicht zu.
2. Warum nimmt RW mit abnehmender Temperatur des Wassers ab? Bei 80° C
/ 7k, 60°C/5,5k, dann bleibt RW weitestgehend stabil.
Die Antworten haben Zeit bis nächsten Samstag den 5.7. – also cool
bleiben, ich weiß, die WM läuft noch.
Danke für das Denken.
VG, Denis
Grob ins blaue:
1.: warum sollte der Widerstand kleiner werden? Es muss mehr Strecke in
dem Widerstand zurück gelegt werden. Ein langes kabel hat ja auch einen
größeren Widerstand. Da bei weiter entfernten Elektroden der Strom auch
ein größeres Volumen einnimmt (Eindringtiefe ist abhängig vom Abstand,
bei geophysikalischen Messungen erreicht man etwa 1/3 des Abstandes der
Elektroden. Je tiefer man messen möchte, desto weiter müssen die
Elektroden entfernt sein)
2.: Dichte des Wasser ist abhängig von der Temperatur. Je dichter desto
kleiner der widerstand
cuberider schrieb:> Ich möchte nachweisen, dass der el. Widerstand des Wassers> stark vom Salzgehalt abhängt.
Das ist ja in der Tat so, ja.
> Dies soll idealerweise durch permanentes Messen des RW> (Widerstand Wasser) und der Zugabe von Salz + Umrühren +
Ja, okay.
> zwischendurch Erhitzen mit Mikrowelle geschehen.
Wozu das?
Dadurch führst Du eine weitere Größe, die Temperatur, in die
Betrachtung ein. Warum das?
> Versuchsaufbau:> 1Trinkglas 0,2l> 1 Ohmmeter, PeakTech 1070 (Grundschul DMM)
Schon Mist. (S.u.)
> 1 Teelöffel Kochsalz> 2 Imbusschlüssel als Elektroden,
Auch Mist. (S.u.)
> [...]> 1. Warum nimmt RW mit abnehmender Entfernung der> Elektroden nicht ab? Der nimmt sogar leicht zu.
Leider bewahrheitet sich wieder: Wer misst, misst Mist.
Das geht schneller, als man denkt. :-/
Soweit ich sehe, bist Du in mehrere Fallen gleichzeitig
getappt:
1) Messung mit Gleichspannung/Gleichstrom ist Mist. An den
Elektroden finden Polarisations- und Elektrolysevorgänge
(von denen ich keine Ahnung habe) statt, die bewirken, dass
Gleichstrom-Messung nicht vernünftig funktioniert. -->
Wechselstrom verwenden (Niederfrequenz!).
2) Messung mit nur zwei Elektroden ist Mist. Die Referenzmethode
verwendet vier Elektroden (2x Strom außen, 2x Potenzial innen);
industrielle Sonden haben i.d.R. 3 oder 4 Elektroden.
Die Zellkonstante ist ja für Deine Zwecke (Vergleich, also
reine Relativmessung) egal.
3) Temperatur konstant lassen, aber immer gleichmäßig rühren!
Nicht wie verrückt Luft einquirlen - aber das Wasser schön
gleichmäßig in Bewegung halten. Magnetrührer mir Rührfisch ist
natürlich ideal; ein Kunststoffquirl mit Antrieb tut's aber
auch.
(Spezialtipp: Lüfterrad eines kaputten PC-Lüfters mit Heißkleber
an eine Welle pappen. Nicht zu schnell rühren!)
cuberider schrieb:> 1. Warum nimmt RW mit abnehmender Entfernung der Elektroden nicht ab?
Möglicherweise bildet sich durch den Gleichstrom eine Schicht auf den
Elektroden (z.B. feinste Gasblasen, Polarisationseffekte o.ä) die den
eigentlichen Effekt verdecken. Ich würde immer mit Wechselspannung
messen und einen Kondensator in Serie schalten. Und über das
Elektrodenmaterial könnte man auch ins Grübeln kommen - Pt hat nicht
jeder griffbereit ;-)
Gerald G. schrieb:> 2.: Dichte des Wasser ist abhängig von der Temperatur. Je dichter desto> kleiner der widerstand
So stark ändert sich die Dichte nun wirklich nicht.
Zwischen 60°C und 80°C beträgt der Dichteunterschied gerade mal 1,2%,
der gemessene Widerstand ändert sich aber um run 25%.
http://www.wasser.de/aktuell/forum/index.pl?job=thema&tnr=100000000001135
Mike schrieb:> Möglicherweise bildet sich durch den Gleichstrom eine> Schicht auf den Elektroden (z.B. feinste Gasblasen,> Polarisationseffekte o.ä) die den eigentlichen Effekt> verdecken.
Genau.
> Ich würde immer mit Wechselspannung messen
Exakt das.
> und einen Kondensator in Serie schalten.
Schadet sicher nicht, ist aber nicht erforderlich.
> Und über das Elektrodenmaterial könnte man auch ins> Grübeln kommen - Pt hat nicht jeder griffbereit ;-)
Ist nicht sehr kritisch. Normales "rostfreies" Zeugs
("VA-Stahl") tut es. Edelstahlschrauben z.B....
Kupferdraht ist natürlich unclever, der vergammelt mit
der Zeit. Und brüniert sollte der Edelstahl vielleicht
auch nicht gerade sein (falls man Edelstahl überhaupt
brünieren kann)...
> Gerald G. schrieb:>> 2.: Dichte des Wasser ist abhängig von der Temperatur.>> Je dichter desto kleiner der widerstand>> So stark ändert sich die Dichte nun wirklich nicht.>> Zwischen 60°C und 80°C beträgt der Dichteunterschied> gerade mal 1,2%, der gemessene Widerstand ändert sich> aber um run 25%.
Vermutlich ändert sich die Beweglichkeit der Ionen.
Ionenbildung und Leitfähigkeit nehmen hier mit der Temperatur zu, ebenso
die Wasserlöslichkeit von Salzen. Siehe z.B. bei Wikipedia:
Dissoziationsgrad, molare Leitfähigkeit
Die Temperaturabhängig ist relativ kompliziert,und auch nicht so
ausgeprägt, dass man es mit der einfachen DC Messung sicher bestimmen
könnte.
Wenn man noch was weiteres messen will, dann eher so etwas wie den
Einfluss von Säure: die ist halt sehr Effektiv. Ein paar tropfen Essig
sollten schon einen starken Effekt geben - bei mehr kommt man dann auch
in die Sättigung. Alternativ könnte man auch noch Zucker testen - da
sollte sich nicht viel tun.
Edelstahl ist ggf. wegen der Passivierung nicht so ideal. Kupfer wäre da
schon eher passend und mit einem einfachen Kabel auch nicht kompliziert.
Das der Widerstand bei mehr Abstand größer wird, ist normal. So viel
wird der sich aber nicht ändern weil zu einem großen Teil der Bereich
direkt um die Elektroden den Widerstand bestimmt.
Vielen Dank für die Antworten.
Ich werde zwei Blechplatten nehmen und mit einem Kurzschluss festen
Printtransformator speisen. 300mA/24 V müssten reichen. Ich hätte es
wissen müssen, oder ahnen. Bei meiner Zahnbecherheizung funktionierte es
auch nicht mit Gleichstrom, das Wasser im Becher wurde unappetitlich
trüb. Mit 50 Hz AC ist das Wasser sauber geblieben. Ich werde einen
meiner älteren AMM nehmen, da kann man auch besser den Ausschlag sehen.
Also Strom statt Widerstand messen.
Nochmals vielen Dank und schönes WE.
Ulrich schrieb:> Edelstahl ist ggf. wegen der Passivierung nicht so ideal.
Ich kenne mich mit der Theorie nicht aus, kann aber aus
Erfahrung folgendes berichten:
1) Es gibt industrielle Leitfähigkeitssonden für den
Prozesseinsatz mit Edelstahlkontakten.
2) Wir haben normale "VA"-Schrauben wochenlang ohne
Probleme als Elektroden eingesetzt (Kopf abgeknipst,
den glatten Schaft als Elektrode verwendet, mit dem
Gewinde in einem Kunststoffhalter befestigt und über
Kabelösen kontaktiert).
> Kupfer wäre da schon eher passend und mit einem einfachen> Kabel auch nicht kompliziert.
Für einen fliegenden Aufbau, den man hinterher wegwirft,
sicher kein Problem. Bei einer "stationären" Sonde würde
ich es nicht einsetzen.
cuberider schrieb:> ich habe ein Versuchsaufbau für Kinder ( ca. 6 Jahre) vorbereitet wo ich> leider in der Generalvorführung in unerwartete Erklärungsnot geriet.
Vielleicht habe ich etwas verpasst. Aber können Kinder mit ca. 6 Jahren
schon Messgeräte ablesen und die Messwerte, vielleicht sogar mit 3-4
Stellen Auflösung, auch interpretieren?
wolle g. schrieb:> Aber können Kinder mit ca. 6 Jahren> schon Messgeräte ablesen und die Messwerte, vielleicht sogar mit 3-4> Stellen Auflösung, auch interpretieren?
Müssen sie das auf 3-4 Stellen können?
Hier sind Analoginstrumente klar im Vorteil.
Timm Thaler schrieb:> Hier sind Analoginstrumente klar im Vorteil.
Hier im 1.Beitrag steht:
>>Versuchsaufbau:>>1Trinkglas 0,2l>>1 Ohmmeter, PeakTech 1070 (Grundschul DMM)
Deshalb meine Bemerkungen.
Timm Thaler schrieb:
> Hier sind Analoginstrumente klar im Vorteil.
Z.B. eine Eieruhr. Aber Elektro-Experimente für 6-Jährige? Meßergebnisse
sind in diesem Alter doch völlig egal. Können sich die Knirpse schon die
Schuhe zubinden oder haben alle Klettverschlüsse? Besser Experimente, wo
es knallt, raucht und stinkt. Da geht im Kindergarten die Post ab.
cuberider schrieb:> Ich werde einen> meiner älteren AMM nehmen, da kann man auch besser den Ausschlag sehen.> Also Strom statt Widerstand messen.
Einfach eine passende Glübirne. Die Helligkeit kann jeder erkennen.
Macht die Sache dann auch kurzschlußfest.
MfG Klaus
