Flying Classroom: Strömungen in Flüssigkeiten

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Der Marangoni-Effekt – nein, er hat nichts mit italienischen Nudeln oder tropischen Holzarten zu tun – ist ein physikalisches Phänomen, das bei vielen industriellen Prozessen eine Rolle spielt. Dabei entsteht vereinfacht gesagt in einer Flüssigkeit eine Strömung – und zwar durch unterschiedliche Oberflächenspannungen in der Flüssigkeit. Auf der Erde wird dieser Effekt aber von der Schwerkraft überlagert, sodass man ihn nur schwer untersuchen kann. Anders in Schwerelosigkeit: Da lässt er sich ungestört und „lupenrein“ studieren. Und mit den so gewonnenen Erkenntnissen kann man dann wiederum Prozesse in der Industrie verbessern. Alex demonstriert hier in unserer Reihe „Flying Classroom“ mit ganz einfachen Mitteln, worum es dabei geht.

In diesem Video tauchen einige Begriffe auf, die vielleicht nicht jeder kennt. Hier ganz einfache Erklärungen dazu:
  • Oberflächenspannung
    Manchmal sieht man Mücken oder andere Insekten, wie sie auf der Wasseroberfläche „laufen“ ohne unterzugehen. Auch eine Büroklammer kann man ganz vorsichtig auf ein gefülltes Glas Wasser legen, ohne dass sie sinkt. Das alles liegt daran, dass die Wasseroberfläche wie eine Folie gespannt ist. Verschiedene Flüssigkeiten haben verschiedene Oberflächenspannungen.
  • Halbleiter
    Bauteile, die in der Mikroelektronik (etwa in Computern) oder auch in der Photovoltaik (also Solaranlagen) eine große Rolle spielen. Oft bestehen sie aus Silicium.
  • Konvektion
    Warme Luft ist dünner und daher leichter – sie steigt deshalb nach oben. Kalte Luft ist dichter und schwerer und sinkt somit nach unten. Das ist das Ergebnis der thermischen Konvektion, die auch in Flüssigkeiten stattfindet. In Schwerelosigkeit gibt es kein „Leicht“ und „Schwer“ und deshalb auch keine thermische Konvektion.
  • Viskosität
    Der Begriff beschreibt, wie zäh eine Flüssigkeit ist. Öl hat beispielsweise eine höhere Viskosität als Wasser. Erhöht man die Viskosität, wird eine Flüssigkeit zäher, also dickflüssiger.
  • Temperaturgradient
    Ein Gradient bezeichnet einfach einen Unterschied. Ein Temperaturgradient liegt vor, wenn es etwa in einer Flüssigkeit an einer Stelle warm und an einer anderen Stelle etwas kühler ist.

In der Serie „Flying Classroom“ führt der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst einfache Demo-Experimente durch, die das Thema Forschung in Schwerelosigkeit verständlich machen sollen. Die Versuche wurden vom Institut für Materialphysik im Weltraum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit der ESA entwickelt.