Versuche mit Luftballons

Versuch 8: Einfacher Modellversuch zur Bauchatmung

Versuch 7 wird wiederholt, allerdings wird gemäß Bild 9 an die Öffnung ein Kolbenprober angeschlossen. Wird der Kolben nach rechts bewegt, so nimmt das Volumen des Luftballons zu.

Erklärung: Durch die Bewegung des Kolbens nach rechts nimmt das Volumen des Behälters zu und damit nach dem Gesetz von Boyle und Mariotte (pV = konstant für T= konstant) der Druck p ab. Der Druck p_k im Inneren des Ballons ist nun größer als der Druck p_k + p_G so dass sich der Luftballon ausdehnt. Durch die Vergrößerung des Luftballons nimmt aufgrund der Verkleinerung des Behältervolumens der Druck p_k nun jedoch wieder zu. Der Druck p_G nimmt hingegen ab - eine nicht zu große Volumenzunahme des Luftballons vorausgesetzt (siehe V-dp-Diagramm Bild 10). Dies hat zur Folge, dass die Volumenzunahme des Luftballons größer ist als die durch die Bewegung des Kolbens nach rechts verursachte Volumenänderung des Behälters. Im Gleichgewicht gilt auch hier wieder:

p_k + p_G = p_i = p_l

Durch die Vergrößerung des Luftballons war der Druck p_i kurzfristig kleiner als der Luftdruck _l, dadurch konnte Luft in den Ballon strömen.

Bild 9
Einfacher Modellversuch zur Bauchatmung. Der Kolben entspricht dem Zwerchfell.

Bild 10
Überdruck dp in einem Luftballon in Abhängigkeit vom relativen Luftvolumen V/V_O.
V_O bedeutet das Volumen des Luftballons im undeformierten Zustand. Der Druck wurde über einen Drei-Wege-Hahn mit einem Manometer gemessen. Das jeweilige Luftvolumen wurde nur abgeschätzt.
Kurve (1) zeigt den Überdruck beim erstmaligen Aufblasen,
Kurve (2) nach mehrmaligem Aufblasen.