Vakuum

[Anton Berg]

Guten Tag,
mittels Wasserstrahlpumpe und Exsikkator erreiche ich ca. ein bar Unterdruck, Vakuum, kontrolliert durch einen Manometer.
Meine Fragen:
1. Wie dünn ist die Luft bei ein bar Unterdruck, wie lässt sich die Menge quantifizieren?
2. Eine Luftblase unterm Deckglas verformt sich nur, aber Proben, z.B. Holz, hier Strandkiefer, in üblichen Abmessungen gibt Luft sprudelnd in Wasser             
   ab, ohne Druckauf- und Druckabbau, wie erklärt sich dieser Unterschied?
Danke für aufklärende Stellungnahmen.
Mit freundlichem Gruß,   Anton Berg

[Werner]

Ich empfehle ein Physikbuch oder ersatzweise
Wikipedia --> Vakuum  - oder --> Gasgesetze

[Klaus Herrmann]

Hallo Anton,

die erste Frage ist wohl nur akademisch? Sonst Empfehlung von Werner folgen!

die 2. lässt sich plausibel beantworten:

Ein in Harz eingedeckter Schnitt wird bei gleichem Unterdruck weniger leicht die Luft rauslassen, als eine Holzprobe die in Wasser schwimmt.
Die höhere Viskosität des Harzes "bremst" und das aufliegende Deckglas ebenfalls!

[reblaus]

Hallo Anton -
um akademisch zu bleiben: Genau ein Bar würde man mit der Wasserstrahlpumpe kaum erreichen - das würde bedeuten, dass alle Luftmoleküle raus sind und das ist sauschwierig und teuer.
Aber machen wir mal ein Gedankenexperiment:
Du hast (1) eine Luftblase von 1 mm Durchmesser mitten unter einem Deckglas auf Objektträger und (2) ein Stückchen trockenes Holz (besteht mindestens zur Hälfte aus Luf) unter Wasser in einem Glasgefäß.
Nun tust du beide in eine stabile Flasche und saugst Luft raus - sagen wir 75 % - dann hast du 0,75 bar Unterdruck.
Die Luftblase dehnt sich jetzt auf das vierfache ihres Ausgangsvolumen aus - weil sie unter dem Deckglas ist, kannst du sagen auf die vierfache Fläche, d.h. sie hat jetzt 2 mm Durchmesser, am Deckglasrand ist nur ein wenig Wasser hervorgetreten. Die Luft kommt nur unter dem Deckglas vor, wenn  die Blase am Rand war, oder man am Deckglas rumdrückt oder den Objektträger schiefstellt, dass die Blase aufsteigen kann.
Die Luft im Holzstückchen dehnt sich auch auf das vierfache aus und da sie über das ganze Holz verteilt war, kommen 75% der eingeschlossenen Luft als Bläschen an die Oberfläche und zwar beginnt das sofort, wenn man anfängt zu pumpen.

Auf Oberflächenspannungsphänomene will ich hier gar nicht erst eingehen ...

Viele Grüße

Rolf

[peter-h]

Hallo zusammen,

wenn ich Wasserstrahlpumpe lese dann ist auch zu bedenken, dass bei einer Wassertemperatur von angenommen 15°C aus der Leitung die Pumpe bis zu einem Dampfdruck von 17 mbar saugt.
Herrscht in dem Probenbehälter eine Temperatur von 20°C und somit 23,4 mbar (Dampfdruck), so steigen keine Luftbläschen auf, sondern das Wasser siedet ! Es steigt also Wasserdampf auf.

Ähnliche Versuche sind bei mir mit einem Harz in Xylol schief gelaufen. Das Xylol hatte "gekocht" und der Erfolg die Luftbläschen zu beseitigen war bescheiden. Wenn schon, dann unbedingt unter dem Dampfdruck des Mediums bleiben.

Gruß
Peter Höbel

[Anton Berg]

Also, liebe Leute,
ich gehe an das Thema ohne jeden akademischen Hintergrund.
Zur 1. Frage:
Minus ein bar ist doch eine Messmarke. Mit entsprechendem Gerät kann diese Marke weit unterschritten werden, muss eigentlich hier
im Forum nicht geschrieben werden. Ob die Luft dann ganz raus ist, erklärt sich mir nicht von selbst. Wenn bei 0,75 bar die Luft zu 75% raus ist,
wird sie bei 100% wohl komplett raus sein. Aus einer leeren Hand lässt sich nichts mehr holen. Offenbar lässt sich in einem leeren Raum, ohne ihn
weiter leeren zu können, weiteren Unterdruck erzeugen.
Mit der Wasserstrahlpumpe erreiche ich wie bereits geschrieben, ca. ein bar, abgelesen an einem Manometer der Genauigkeitsklasse 1,6, d.h. Ungenauigkeit 1.6%, somit ca. 0,98 bar.
Zur 2. Frage:
Klaus, Deine Erklärung erscheint mir auch plausibel.
Zu Rolf hatte ich mich erklärt, Frage ist, geht die Logik auf?
Zu Peter Höbels Zahlen fehlt mir der Hintergrund, die Temperaturwerte treffen in etwa bei mir zu. Die praktischen Erfahrungen kann ich aber bestätigen: AFE hat nicht einfach Blasen hervorgerufen, es begann heftig zu schäumen, demnach zu sieden.
Für weitere Beiträge bin ich dankbar.
Gruß,   Anton Berg

[reblaus]

Hallo Anton -

nee, also jetzt wirds zu simpel und eine Lektüre der einschlägigen Kapitel ist dringend zu empfehlen, damit du verstehst, dass es keinen Unterdruck unter ein Bar geben kann!

Eigentlich gibt es gar keinen Unterdruck (das ist nur eine Hilfsannahme), sondern nur einen Druck durch bewegte Moleküle, die irgendwo aufprallen. In einem leeren Raum gibt es keine Moleküle, also auch keinen Druck. Das was wir als "Unterdruck" wahrnehmen ist ja nur der Unterschied des Luftdrucks (viele bewegte Moleküle außerhalb des Kolbens) gegen den luftleeren oder -armen Raum (wenige bewegte Moleküle im Kolben).

Hier ein paar Übungsfragen:

Warum kocht das Wasser bei 20 Grad normalerweise nicht?
Weil die vielen energiereichen Luftmoleküle gegen die Wasseroberfläche donnern und dadurch die langsameren (energieärmeren) Wassermoleküle im flüssigen Wasser halten!

Warum kocht das Wasser im luftleeren Raum schon bei 20 Grad ?
Weil jetzt zu wenige Luftmoleküle gegen die Wasseroberfläche donnern und nun die Wassermoleküle eine Chance haben in großen Mengen das flüssigen Wasser zu verlassen!

Warum kocht das Wasser bei 100 Grad unter normalem Luftdruck?
Weil durch das Aufheizen die Wassermoleküle jetzt so schnell umherflitzen, dass sie gegen den Druck (= Bewegungsenergie) der Luftmoleküle ankommen und sie deshalb das Wasser verlassen können.

Warum verdunstet das Wasser aber bei 20 Grad ohne zu kochen?
Weil nicht alle Moleküle im selben Tempo (=mit der selben Energie) umherflitzen. Manche bewegen sich kaum und die schnellsten können die Wasseroberfläche auch bei niedrigen Temperaturen verlassen!

Warum kühlt sich das Wasser durch die Verdunstung ab?
Weil die Temperatur des Wassers der durchschnittlichen Bewegungsenergie seiner Moleküle entspricht  und wenn nun die schnellsten abhauen, bleiben die langsameren zurück - die Temperatur sinkt.

Interessante Sache, nun lies ´mal die Theorie dazu!

Gruß

Rolf

[Rene]

Yes, I agree with Peter, years ago in the lab I used to work they used the water suction pump every day to 'entluft' the water for the HPLC. Took some time before the dissolved gasses boil out. Disintegrating the tissues by the way if used at that level while fixing, I keep far from it for plant tissues, and build it up gradually. Also, I never left it under reduced pressure for long (as described sometimes in the books), the fixing agent needs to get in as quickly as possible is my guess.
Gruesse, Rene

[Jens Jö]

Hallo Rolf,

sooo schön hat mir's noch niemand erklärt, herrlich !!!
Danke
Alfred

[Chipart]

Minus ein bar ist doch eine Messmarke. Mit entsprechendem Gerät kann diese Marke weit unterschritten werden, muss eigentlich hier
im Forum nicht geschrieben werden. Ob die Luft dann ganz raus ist, erklärt sich mir nicht von selbst. Wenn bei 0,75 bar die Luft zu 75% raus ist,
wird sie bei 100% wohl komplett raus sein. Aus einer leeren Hand lässt sich nichts mehr holen. Offenbar lässt sich in einem leeren Raum, ohne ihn
weiter leeren zu können, weiteren Unterdruck erzeugen.
Mit der Wasserstrahlpumpe erreiche ich wie bereits geschrieben, ca. ein bar, abgelesen an einem Manometer der Genauigkeitsklasse 1,6, d.h. Ungenauigkeit 1.6%, somit ca. 0,98 bar.

Nochmal gaaanz langsam:

Unterdruck ist keine physikalische Größe, die man Messen könnte, sondern eine errechnete Größe: Sie ergibt sich aus der Differenz des Druckes in einem abgeschlossenem Raum und des Druckes der Umgebungsatmosphäre. Daher ist in einem Gefäß nie ein "Unterdruck von -0,5 Bar", sondern höchstens ein (per definition positiver) "Luftdruck der um 0,5 bar geringer ist, als der Umgebungsdruck", auch wenn man ersteres oft verkürzend saget wenn man letzteres meint.

Wenn Du also in einer Umgebung arbeitest, in der der Umgebungsluftdruck genau 1 bar beträgt, dann ist es schon theoretisch unmöglich in einem Gefäß einen um mehr als 1 bar niedrigeren Druck zu haben - von den schwierigkeiten, diese Schwelle auch nur annähernd praktisch zu erreichen mal ganz abgesehen. Das wirst Du verstehen, wenn Du Rolfs post aufmerksam liest.   

Was immer Dein Manometer auch anzeigt: Es ist sicher nicht der "Unterdruck" im Gefäß.

Gruss,
Chip

[Detlef Kramer]

Hallo,

Ihr macht Euch das Leben unnötig schwer, meine ich. Was das Manometer anzeigt, ist der Restdruck. Der Normaldruck ist ca. 1000 mbar, also habe ich bei 1 bar 1/1000 des normalen Luftdrucks. Mit einer guten Wasserstrahlpumpe kann man wohl 0,1 mbar erreichen, mit einer Rotationspumpe 0,02 mbar, mit einer Turbo-Pumpe (Standard an Elektronenmikroskopen) 10^-6mbar und mit einer Ionengatterpumpe
10^-9mbar.

evakuierte Grüße

D.K.

[reblaus]

Die Skala auf Antons Manometer scheint aber mit bar beschriftet zu sein und (links?) auch mit negativen Werten (rote Ziffern?).

Mit herzlichem Atü, Ata, Atu
Rolf

[wilfried48]

Hallo,

Ihr macht Euch das Leben unnötig schwer, meine ich. Was das Manometer anzeigt, ist der Restdruck. Der Normaldruck ist ca. 1000 mbar, also habe ich bei 1 bar 1/1000 des normalen Luftdrucks. Mit einer guten Wasserstrahlpumpe kann man wohl 0,1 mbar erreichen, mit einer Rotationspumpe 0,02 mbar, mit einer Turbo-Pumpe (Standard an Elektronenmikroskopen) 10^-6mbar und mit einer Ionengatterpumpe
10^-9mbar.

evakuierte Grüße

D.K.

Hallo Detlef,

neben einem Schreibfehler (du meinst sicher "also habe ich bei 1 mbar 1/1000 des normalen Luftdrucks") ein paar weitere kleine Korrekturen an den elektronenmikroskopierenden Biologen.

Wie Peter H. schon richtig angemerkt hat kann man mit einer Wasserstrahlpumpe nicht unter den den Dampfdruck des Wassers bei Leitungswassertemperatur kommen also etwa 10 mbar. Bei 0,1 mbar wäre das Wasser schon längst gefroren. Für niedrigere Drucke braucht man Treibmittel mit niedrigem Dampfdruck. So können Dampfstrahlpumpen mit entsprechenden Treibmitteln Vakua bis 10-12 mbar erzeugen.
Auch deine anderen angegebenen Grenzdrucke sind allenfalls Erfahrungswerte dieser Pumpen an Elektronenmikroskopen aber nicht pumpenspezifisch. Eine Turbomolekularpumpe z.B. kann an einem geeigneten Vakuumgefäss durchaus auch Ultrahochvakuum im Bereich von 10-10 mbar erreichen.

viele Grüsse vom elektronenmikroskopierenden Physiker

Wilfried

[Klaus Herrmann]

Hallo Entleerte,

nachdem mit Wilfrieds Korrektur auch für den im Vakuum destillierenden Chemiker die Welt wieder in Ordnung ist, kann ich noch den Kalauer anbringen.
Wobei ich mich erinnere, dass wir nur im Winter, wenn das kalte Wasser wirklich kalt war die 10 mBar erreicht haben, sonst war man mit 12-15 mBar zufrieden!

Was ist ein Vakuum?
Ähmmm  Vakuum -Vakuum... also ich habs im Kopf, aber ich brings grad nicht raus! 

[Chipart]

Ihr macht Euch das Leben unnötig schwer, meine ich. Was das Manometer anzeigt, ist der Restdruck. Der Normaldruck ist ca. 1000 mbar, also habe ich bei 1 bar 1/1000 des normalen Luftdrucks. Mit einer guten Wasserstrahlpumpe kann man wohl 0,1 mbar erreichen, mit einer Rotationspumpe 0,02 mbar, mit einer Turbo-Pumpe (Standard an Elektronenmikroskopen) 10^-6mbar und mit einer Ionengatterpumpe
10^-9mbar.

Langsam verstehe ich Dich echt nicht: Offensichtlich weisst Du doch schon, dass man Vakuum in negativen 10er-Potenzen von mbar misst. Dazu ein Manometer der Genauigkeitsklasse 1,6 zu verwenden, das ja wenn es Normdruck anzeigen kann mal mindestens 16mbar Messungenauigkeit hat ist einfach Käse (mindestens deswegen da die Messungenauigkeit ja um so größer ist, je größer der Messbereich deines Manometers ist).

Gruss,
chip