Wie erwärmt man mit einer Lupe am besten das Wasser in einer Metallschüssel, die auf einer isoliert stehenden Metallplatte steht?
Aufbau (von oben nach unten):
Sonne
Lupe (Fresnel-Linse)
Metallschüssel mit etwas Wasser drin
Metallplatte
Isolierung
Boden
Mein Gedanke dazu: Wenn ich den Fokuspunkt der Fresnel-Linse auf die Wasseroberfläche richte, wird sich die doch gar nicht erwärmen, oder? Genauso wenig wie sich eine Linse bei einem starken Laser erwärmt, sondern das Licht einfach transmittiert wird. Ich würde den Fokuspunkt auf den Boden der Metallschüssel setzen.
Wo würdet ihr ihn setzen?
Kannst Du den Aufbau genauer beschreiben? Wie verhält sich der Durchmesser der Fresnel-Linse zum Durchmesser der Schüssel?
Meine Fresnel-Linse hat Größe DIN A4, die Schüssel ist ähnlich von der Größe. Ich habe heute den Fokus auf den Schüsselboden gesetzt und hatte lokal Blubbern, darum war's kalt.
6 Antworten
Die Schüssel sollte einen dunklen Boden haben.
Bei einer weißen Schüssel wird das Experiment kaum funktionieren.
Zunächst den Brennpunkt auf den Boden der Schüssel richten. Dann die Linse so weit entfernen, dass der ganze Boden vom Lichtkegel erfasst wird. Die einfallende Energie bleibt die selbe, aber das Material wird wegen der gleichmäßigen Erhitzung geschützt.
Hast Du nur eine helle Schüssel, dann lege einen dunklen Gegenstand hinein und beleuchte ihn so gut wie möglich, ohne dass der Lichtkegel daneben schlägt.
Im Optimalfall platzierst Du innerhalb der Schüssel in etwa 2/3 der Wassertiefe einen kleinen schwarz eloxierten Aluminiumkühler von einer alten CPU o.Ä..
Den Brennpunkt der Linse focussierst Du dann nur so weit auf den Kühler, dass er nahezu vollständig vom gebündelten Licht erfasst wird.
Wo der Brennpunkt ist, ist meiner Ansicht nach völlig egal. Die Lupe muss nur so angeordnet werden, dass das von ihr gesammelte Licht in die Schüssel gelangt und die Oberfläche der Schüssel sollte das Licht gut absobieren können statt es zu reflektieren.
Der Brennpunkt ist von Bedeutung, wenn du einen bestimmten Punkt möglichst hoch erhitzen willst. Willst du hier ja aber nicht. Du willst einfach nur ein gewisse Menge Wasser erwärmen. Da ist es meiner Ansicht nach sogar von Vorteil, den Brennpunkt nicht auf die Oberfläche der Schüssel zu setzen, da das Material dann lokal stark beansprucht wird, aber das insgesamt Wasser ja aber deshalb nicht schneller wärmer wird oder eine höhere Temperatur erreicht. Denn die eingetragene Energiemenge bleibt ja gleich, egal ob du die auf einen Punkt kozentrierst oder auf die Fläche verteilst.
Mit der Linse das Licht zu fokussieren hat nur dann Sinn, wenn Du so mehr Licht in die Schüssel bringst, als dort sowieso hineinfällt. Dazu muss die Linse aber größer sein als die Schüssel. Denn sie kann ja nur so viel Licht bündeln wie sie mit ihrer eigenen Fläche einfängt. Wenn die Linse nicht größer als die Schüssel ist, kannst Du sie genausogut weglassen.
Alle Solarkocher funktionieren so, dass sie mit großen Hohlspiegeln oder Linsen mehr Licht auf den Wassertopf bündeln, als er von alleine auffangen würde.
Wie schon gesagt wurde: Das Licht wird von dunklen Gegenständen besser absorbiert als von hellen. Das kannst Du Dir jedenfalls zunutze machen.
Die Metallschüssel reflektiert, das Wasser selbst absorbiert nur wenig - beides nicht ideal. Wenn Du nichts anderes verwenden darfst, würde ich es auch so machen, wie Du geschrieben hast. Besser wäre es, ein absorbierendes Material im Wasser zu haben, einen schwarzen Klebestreifen auf das Metall zu kleben oder etwas in dieser Richtung.