3B Scientific Greenhouse Effect Kit User Manual [en, de, es, fr, it]

3B SCIENTIFIC

Gerätesatz zum Treibhauseffekt U8460500

Bedienungsanleitung

10/07 JS

PHYSICS

1 Reflektorglühlampe

in Fassung auf Stiel

2 Küvette auf Stiel

3 Absorptionskammer 4 Metallscheibe auf Stiel 5 Grundplatte 6 Haltestiele 7 Absorptionskammer

mit Hähnen

1. Sicherheitshinweise

Brandgefahr: Beim Befüllen der Absorptionskammern mit feuergefährlichen Gasen ist besondere Vorsicht geboten.

• Brandschutzbestimmungen beachten.

• Absorptionskammern nicht in der Nähe von

offenen Flammen befüllen.

• Nach Abschluss der Experimente die Hähne

möglichst im Freien öffnen und über den mitgelieferten Schlauch das eingefüllte Gas aus der Absorptionskammer blasen.

2. Lieferumfang

1 Grundplatte, 450 mm x 70 mm 1 Lampenfassung mit Stiel 1 Reflektorglühlampe 60 W 1 Küvette auf Stiel 1 Schwarze Metallscheibe auf Stiel 1 Absorptionskammer 1 Absorptionskammer mit Hähnen

2 Haltestiele für Absorptionskammer 1 Rolle Zellglasfolie 1 Silikonschlauch, 30 cm 1 Aufbewahrungskasten

3. Beschreibung

Der Gerätesatz zum Treibhauseffekt ermöglicht die Demonstration des anthropogenen Treibhauseffekts in der Erdatmosphäre.

Eine Reflektorglühlampe erzeugt sichtbares Licht und Infrarotstrahlung, deren langwelliger Anteil beim Duchgang durch eine wassergefüllte Küvette geschwächt wird, so dass die Strahlung in ihrer Zusammensetzung aus sichtbarem Licht und kurzwelliger Infrarotstrahlung annähernd mit der Strahlung der Sonne vergleichbar ist. Diese Strahlung durchdringt eine mit Luft bzw. eine mit einer Mischung aus Luft und einem Treibhausgas gefüllte Absorptionskammer und wird dahinter mit einer Thermosäule nach Moll gemessen. Dabei zeigt sich, dass die Absorption der Sonnenstrahlung durch Beimischung des Treibhausgases nur unwesentlich beeinflusst wird.

Zur Erzeugung sehr langwelliger Infrarotstrahlung wird die wassergefüllte Küvette durch eine geschwärzte Metallscheibe ersetzt, die durch die Strahlung der Glühlampe erwärmt wird. Diese Infrarotsrahlung ist annähernd mit der Infrarotstrahlung der Erde vergleichbar. Misst man den transmittierten Anteil dieser Strahlung nach Durchgang durch eine Absorptionskammer so zeigt sich eine deutliche Schwächung, wenn die Absorptionskammer mit einem Treibhausgas gefüllt ist.

Als Treibhausgas wird der Einfachheit halber Butan verwendet, das sich in flüssiger Form in einer Flasche befindet.

4. Vorbereitung der Absorptionskammern

• Ggf. Absorptionskammer sowie „Absorptions-

kammer mit Hähnen“ an beiden Enden mit Zellglasfolie verschließen.

• Dazu an beiden Enden den Klickverschluss

öffnen und das Metallrohr aus der Halterung nehmen.

• Ersatzfolie über das Rohrende spannen und mit

Tesafilm fixieren.

• Metallrohr zurück in die Halterung legen und

Klickverschluss schließen.

Zusätzlich erforderlich:

1 Nachfüllflasche Butangas (Feuerzeuggas)

• Beide Hähne der „Absorptionskammer mit

Hähnen“ öffnen.

• Butangasflasche über den mitgelieferten dün-

nen Schlauch mit einem Hahn verbinden.

• Absorptionskammer so ausrichten, dass der

zweite Hahn als Austritttöffnung für die verdrängte Luft nach oben weist.

• Ventil der Butangasflasche drücken, damit das

Gas in die Absoptionskammer strömt.

• Nach dem Einströmen der vorgesehenen Gas-

menge den Hahn schließen.

Hinweis: Die Absorptionskammer ist nun einige Stunden lang einsatzfähig. Alternativ kann das Gas auch während des Experiments eingelassen werden. Man lässt das Gas so lange einströmen, bis im Falle der langwelligen Infrarotstrahlung gegenüber der Luft ein markanter Intensitätsverlust auftritt.

An Stelle des Butans können die Experimente auch mit einem Propan-Butan-Gemisch durchgeführt werden, das sich in den Kartuschen für Gasbrenner befindet. Dabei sind wieder die Brandschutzbe-

stimmungen zu beachten. Die Absorption ist etwa so stark wie beim Butan.

Die Durchführung der Experimente ist auch mit Kohlenstoffdioxid möglich. Die Absorption der langwelligen Infrarotstrahlung ist jedoch etwas schwächer ausgeprägt.

5. Aufbau

Zusätzlich erforderlich:

1 Thermosäule nach Moll U8441301 1 Mikrovoltmeter (230 V, 50/60 Hz) U8530501-230

oder 1 Mikrovoltmeter (115 V, 50/60 Hz) U8530501-115

Alternativ: 1 Vielfachmessgerät ESCOLA 10 U8531160 1 Messverstärker S U8532161 1 Transformator 12 V (230 V, 50/60 Hz)

U8475430-230 oder 1 Transformator 12 V (115 V, 50/60 Hz) U8475430-115

• Stab mit der Lampenfassung in die äußerste

linke Bohrung der Grundplatte stecken.

• Reflektorglühlampe einschrauben und entlang

der Grundplatte ausrichten.

• Kunststoffküvette mit Wasser füllen und in die

nächstmögliche Bohrung von links stecken.

• Absorptionskammer mit den Haltestielen so in

den Strahlengang bringen, dass sie etwa 1 cm von der Küvette entfernt ist.

• Thermosäule nach Moll am rechten Ende der

Grundplatte einstecken und an den Spannungsmesser anschließen.

• Öffnung der Thermosäule nach Moll gegen die

ankommende Strahlung richten und Schutzkappe entfernen.

6. Experimente

6.1 Messung der „Sonnenstrahlung“

• Küvette mit Wasser und dahinter die Absorpti-

onskammer mit Luft in den Strahlengang bringen.

• Transmittierte Strahlung mit der Thermosäule

messen.

• Absorptionskammer mit Luft durch Absorpti-

onskammer mit Butan ersetzen und transmittierte Strahlung mit der Thermosäule messen.

Messergebnis: Die Thermosäule misst in beiden Fällen etwa die gleiche Intensität. Butan hat also nur geringen Einfluss auf die Absorption der Sonnenstrahlung.

6.2 Messung der langwelligen Infrarotstrahlung

• Schwarze Metallscheibe und dahinter die Ab-

sorptionskammer mit Luft in den Strahlengang bringen.

• Ungefähr 2 Minuten warten, bis die schwarze

Metallscheibe erwärmt ist.

• Transmittierte Strahlung mit der Thermosäule

messen.

• Absorptionskammer mit Luft durch Absorpti-

onskammer mit Butan ersetzen und transmittierte Strahlung mit der Thermosäule messen.

Messergebnis: Die Thermosäule misst im Vergleich zur Absorption in Luft eine deutlich geringere Intensität, wenn sich Butan in der Absorptionskammer befindet.

Elwe Didactic GmbH ▪ Steinfelsstr. 6 ▪ 08248 Klingenthal ▪ Deutschland ▪ www.elwedidactic.com

3B Scientific GmbH ▪ Rudorffweg 8 ▪ 21031 Hamburg ▪ Deutschland ▪ www.3bscientific.com

Technische Änderungen vorbehalten

3B SCIENTIFIC

Kit Greenhouse Effect U8460500

Instruction manual

10/07 JS

PHYSICS

1 Reflector filament lamp in

stem-mounted socket

2 Rod-mounted cuvette

3 Absorption chamber 4 Metal disc on stem 5 Base rail 6 Support rods 7 Absorption chamber with

taps

1. Safety instructions

Fire risk: special care is needed when filling the absorption chambers with flammable gases.

• Follow all fire protection regulations.

• Do not fill the absorption chambers close to

naked flames.

• After completion of the experiments, open the

taps, outside the building if possible, and flush the added gas out of the absorption chamber using the flexible tube provided.

2. Scope of delivery

1 Base plate, 450 mm x 70 mm 1 Lamp socket with mount 1 Incandescent reflector bulb, 60 W 1 Cuvette on mount 1 Black metal disc on mount 1 Absorption chamber 1 Absorption chamber with taps 2 Supporting rods for the absorption chambers

1 Roll of cellophane film 1 Silicone tube, 30 cm 1 Storage box

3. Description

The greenhouse effect kit can be used to demonstrate the way that human activity exacerbates the greenhouse effect in the earth’s atmosphere.

A reflector filament lamp generates visible light and infrared radiation. The long-wavelength component of this is partly absorbed when the beam is passed through a water-filled cuvette, and the resulting radiation then has proportions of visible light and infra-red radiation that approximate closely to the radiation from the sun. This radiation is passed through an absorption chamber filled with either air or a mixture of air with a greenhouse gas, after which its intensity is measured by a Moll-type thermopile. It is found that the absorption of solar radiation is only slightly affected by adding a greenhouse gas to air.

To generate infra-red radiation of very long wavelengths, the water-filled cuvette is replaced by a

blackened metal disc, which becomes heated by the radiation from the filament lamp. This emits infrared radiation that closely resembles the infra-red radiation emitted by the earth. Measuring the intensity of the transmitted fraction after this radiation has been passed through an absorption chamber, it can be observed that there is a considerable reduction when the absorption chamber is filled with a greenhouse gas.

For simplicity the greenhouse gas used in the experiment is butane, which is provided in liquid form in a bottle or can.

4. Preparation of absorption chambers

• If appropriate, seal the basic absorption cham-

ber and the “absorption chamber with taps” at both ends with cellophane film.

• Alternatively, open the snap fittings at both

ends of the absorption chamber and take the metal tube out of the support.

• Stretch the new film over the end of the tube

and secure it with adhesive tape (Sellotape, Scotch tape, etc.).

• Put the metal tube back into the support and

close the snap fitting.

Also required:

1 Butane gas refill canister (lighter gas)

• Open both taps of the “absorption chamber

with taps“.

• Connect the butane gas canister to one of the

taps, using the thin flexible tube provided.

• Position the absorption chamber so that the

second tap is directed upwards as an exit for the displaced air.

• Press the release nozzle for the butane gas can

so that the gas flows into the absorption chamber.

• When the required amount of gas has entered

the absorption chamber, close the tap.

Note: The absorption chamber will now be usable for several hours. Alternatively, the gas can be admitted during the experiment. In that case allow the gas to flow in until the emerging long-wave infrared radiation shows a marked reduction of intensity as compared to normal air.

Instead of butane, the experiments can also be performed with a propane-butane mixture, such as is supplied in cartridges for gas torches. Here too it is essential to follow fire protection regulations. The absorption is about the same as with butane.

It is also possible to carry out the experiment with carbon dioxide. However, in that case, the absorption of long-wave infrared radiation is not so marked.

5. Experiment set-up

Additionally required:

1 Moll thermopile U8441301 1 Microvoltmeter (230 V, 50/60 Hz) U8530501-230

or 1 Microvoltmeter (115 V, 50/60 Hz) U8530501-115

Alternative: 1 Multimeter ESCOLA10 U8531160 1 Measuring Amplifier S U8532161 1 Transformer 12 V (230 V, 50/60 Hz) U8475430-230

or 1 Transformer 12 V (115 V, 50/60 Hz) U8475430-115

• Insert the rod that holds the lamp socket into

the farthest left hole of the base rail.

• Screw the reflector filament lamp in place and

align it along the base rail.

• Fill the plastic cuvette with water and insert it

into the next available hole nearest to the lefthand end.

• Place the absorption chamber on its supporting

rods in the radiated beam, so that it is about 1 cm from the cuvette.

• Place the Moll thermopile at the right-hand end

of the base rail and connect it to a voltmeter.

• Turn the Moll thermopile towards the incoming

radiation and remove the protective cap.

6. Experiments

6.1 Measuring the intensity of “solar radiation”

• Place the water-filled cuvette, and the air-filled

absorption chamber behind it, in the incoming beam.

• Measure the intensity of the transmitted radia-

tion with the thermopile.

• Replace the air-filled absorption chamber with

the one that contains butane, and again measure the intensity of the transmitted radiation with the thermopile.

Result of the measurements: the thermopile shows about the same intensity in both cases. Thus, butane only has a small effect on the absorption of solar radiation.

6.2 Measuring the intensity of the long-wave infrared radiation

• Place the black metal disc, and the air-filled

absorption chamber behind it, in the incoming beam.

• Wait about two minutes for the black metal disc

to become warm.

• Measure the intensity of the transmitted radia-

tion with the thermopile.

• Replace the air-filled absorption chamber with

the one that contains butane, and again measure the intensity of the transmitted radiation with the thermopile.

Result of the measurements: when butane is present in the absorption chamber, the thermopile shows a considerably lower intensity being transmitted than in the case of absorption by air alone.

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