5. – 10. Schuljahr

Rita Wodzinski

Der Leidenfrost-Effekt

Versuch Sek. I Lehrer
Zeit: 1015 min
Der Leidenfrost-Effekt beschreibt das Phänomen, dass ein Wassertropfen auf einer sehr heißen Unterlage nur sehr langsam verdampft. Eindrucksvoll ist das Zerplatzen und Tanzen der Wasserperlen auf einer geriffelten Heizplatte zu beobachten. Etwas ungefährlicher ist es, wenn man den Versuch in einem Topf durchführt (s. Abb. 1) . Hier lässt sich auch die Bewegung größerer Tropfen besser verfolgen. Aus Sicherheitsgründen und zur besseren Sichtbarkeit sollte das Schauspiel über eine Videokamera übertragen werden.
Material
  • Edelstahl-Topf mit glattem Boden, der etwas kleiner sein sollte als die Heizplatte (Hinweis: Sollte der Boden verkalkt sein, gelingt der Versuch nicht, da der raue Boden die Entstehung kleiner Dampfbläschen begünstigt. Deshalb empfiehlt es sich, den Boden vorher mit etwas Essig zu entkalken.)
  • Schnapsglas
  • Teelöffel
  • Heizplatte (2000 W)
  • destilliertes Wasser
Durchführung und Beobachtung
Der Topf wird auf höchster Stufe erhitzt, bis er richtig heiß ist.
Versuch 1
Mit einem Teelöffel gibt man vorsichtig Wasser in den Topf. Das Wasser schießt in kleinen und größeren Tröpfchen über den Boden. Nach einer Weile verdampfen die kleineren Tröpfchen oder verbinden sich mit größeren Tröpfchen. (Sollte das Wasser einfach verdampfen, ist vermutlich die Temperatur noch nicht ausreichend.) Fügt man weiteres Wasser mit dem Teelöffel hinzu, entsteht eine zusammenhängende Wassermenge, die schwerelos über dem Topfboden zu gleiten scheint. Dabei können sich einzelne große Blasen bilden. Reduziert man die Hitze, lässt die Blasenbildung nach. Durch kreisende Bewegung des Topfes kann man die fast reibungsfreie Bewegung des Wassers gut erkennen. Man wartet nun, bis das Wasser vollständig verdampft ist. Dies dauert einige Minuten.
Versuch 2
Wenn alles Wasser verdampft ist, gibt man ein Schnapsglas voll Wasser (etwa 5 Teelöffel) in den Topf (Vorsicht: Spritzgefahr!). Man beobachtet, dass die deutlich größere Wassermenge nun in viel kürzerer Zeit verdampft.
Erklärung
Unter dem Wassertropfen bildet sich eine dünne Schicht Wasserdampf, die wie eine Wärmedämmung wirkt und den Wärmetransport vom heißen Boden zum Wasser reduziert. Durch die Schicht bewegt sich der Tropfen außerdem wie auf einem Luftkissen. Das gleiche Verhalten zeigt auch flüssiger Stickstoff, wenn er auf eine zimmerwarme Oberfläche gegossen wird.
Hinweise zur Durchführung im Unterricht
Das Phänomen lässt sich in verschiedene Kontexte einbetten. Die Bewegung der Tropfen erinnert an Bewegungen von Luftkissenfahrzeugen und kann als ein Beispiel einer nahezu reibungsfreien Bewegung dienen. Die Erklärung des Phänomens setzt das Verständnis der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Gasen voraus.
Das Phänomen besitzt mit dem Zerplatzen und Abperlen der Wassertröpfchen, aber auch mit der wabernden Bewegung des auf dem Wasserdampfkissen gleitenden Wassers eine eigene Ästhetik. Man sollte im Unterricht Zeit lassen, das Phänomen in seiner Ganzheit zu erfassen, bevor man dann den Blick auf die physikalische Betrachtung fokussiert. Das Phänomen kann unterschiedliche Assoziationen hervorrufen. Lassen Sie diese ganz bewusst zu, bzw. fordern Sie zur Nennung auf.
Links
Im Internet findet sich ein Video des Versuchs unter https://www.youtube.com/watch?v=669xnvIJCQs
Informationen über interessante aktuelle Forschung zum Phänomen findet man hier:

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