Das Feynman-Rad

Motivation In unserem Versuch betrachten wir einen weniger be-kannten Aufbau einer Wärmekraftmaschine, das soge-nannte Feynman-Rad. Dieses stellte Richard Feynman als Beispiel für eine thermodynamische Maschine vor. Es beruht auf dem Prinzip, dass unter Spannung stehende Elastomere sich bei Erwärmung zusammenziehen.

Ziele- Wirkunsgrad bestimmen- Motorbau und Effektbeobachtung- Untersuchen der Praxistauglichkeit- Grundlagenforschung an Elastomeren

GrundlaGenDas Erhitzen der Gummis auf einer Radseite führt zu deren Kontraktion. Auf Grund dessen verschiebt sich das Radzentrum um d aus dem Schwerpunkt, woraus ein Drehmoment D und damit die Drehbewegung des Rades resultiert.

Folgende Formel beschreibt dieses Drehmoment in Abhängigkeit von d. Dabei ist ρ die Winkelmassendichte.

auswertunGen und erGebnissePerformance-Analyse für ElastomereDurch Analyse wird klar, dass die besten Ergebnisse bei ei-ner Vorspannung von 20 N erzielt werden können. Nach je-der Erhitzung verändert sich die Spannung. Optimale Leis-tung erbringt das Feynman-Rad bei der 5. und 6. Messung.

WirkungsgradDer Heißluftföhn hat eine Leistung von 2000 W. Mit dem Rad konnte ein 2 g Stück angehoben werden. Daraus ergibt sich ein Wirkungsgrad von: Feynman: „Es ist gerade möglich mit solch einer Maschine eine Fliege zu heben.“

Schwierigkeiten: - Gummis gleicher Art haben unterschiedliche Eigenschaften - Rad muss nach jeder Messung neu zentriert werden - Zu viele Parameter und deshalb schwer reproduzierbar - Hitzebeständige Gummis sind zu teuer

FaZitDas Feynman-Rad konnte erfolgreich realisiert und sogar als belasteter Motor betrieben werden. Trotzdem ist eine Nutzung als Leistungsmotor wegen des sehr niedrigen Drehmoments und der geringen Effizienz auszuschließen. Es ist jedoch eine eindrucksvolle Demonstration des Phänomens der hitzebedingten Gummikontraktion und stellt ein anschauliches Beispiel für einen Wärmekraftmotor dar.

Lena Stoppel, Samuel Greiner, Bernhard Schießl, Simon Schüz

Wir danken Dr. Bernd-Uwe Runge, Dr. Hilmar Hofmann und Annika Schoe.

auFbau des FeynMan-radsDie 36 Speichen einer Fahrradfelge werden entfernt und durch Gummibänder ersetzt. In eine Pressspan-Platte wird eine Aussparung gesägt, eine Radaufhängung angebracht und das Rad eingelassen. Die Kugellager des Rades werden gefettet um Reibungseffekte zu minimieren. Der Aufbau kann auf zwei Tische gelegt werden, sodass sich das Rad dazwischen drehen kann.

auFbau Zur PerForMance-analyseUm das Verhalten der Gummis bei Erwärmung zu untersuchen, wird ein Gummi mit einem Newtonmeter vorgespannt und dann über einen Faden mit einem sensiblem Kraftmesser verbunden. Die durch Kontraktion entstandene Kraft wird über CassiLab gemessen.

Projektpraktikum 2013