Bierschaumversuch

Der Schaum eines frisch gezapften Biers zerfällt mit der Zeit. Obwohl die Gründe für das Platzen der Schaum-Bläschen ganz andere sind als die Gründe für den Zerfall radioaktiver Nuklide kann die Geschwindigkeit des Zerfalls in beiden Fällen auf die gleiche Weise beschrieben werden. Mit Hilfe eines frisch gezapften (oder eingegossenen) Biers lässt sich also das Prinzip der Halbwertszeit verstehen.

Dazu wird ein Bier in einen Messzylinder gegossen. Dabei sollte möglichst viel Schaum erzeugt werden. Über einen Zeitraum von 10 bis 15 Minuten wird dann das Volumen des Schaums gemessen. Das Schaumvolumen soll dann in einem Diagramm dargestellt werden. Anhand des Diagramms lässt sich dann die Halbwertszeit des Bierschaums ermitteln. Der genaue Versuchsablauf wird im weiter unten beschrieben.

Entsprechend kann auch eine Probe radioaktiven Materials untersucht werden. Dabei kann die Aktivität der Probe über einen längeren Zeitraum gemessen werden. Manche Nuklide haben jedoch extrem kurze, andere Nuklide haben extrem lange Halbwertszeiten. Beides ist für die Bestimmung der Halbwertszeit eine Herausforderung. Erschwerend kommt hinzu, dass sortenreine Präparate aus nur einem radioaktiven Nuklid schwer herzustellen sind.

Versuchsvorbereitung

Der Versuch kann am Besten in Teams von 4 bis 5 Personen durchgeführt werden. Die zu verteilenden Aufgaben sind: Regelmäßige Ansage der Zeit, Ablesen des Gesamtvolumens (Schaum & Bier), Ablesen des Biervolumens, Notieren der Messergebnisse.

Vor der Versuchsdurchführung sollte ein Meswertetabelle vorbereitet werden.

Versuchsdurchführung

Bevor der Versuch durchgeführt werden kann müssen die Vorbereitungen getroffen sein. Der Messzylinder sollte möglichst kurz vor dem Versuch mit Wasser ausgespült werden damit der Schaum möglichst nicht am Glas kleben bleibt.

Aufgabe 2 Ein Beispiel für einen guten Graphen.  Die glatte Kurve trifft die Messpunkte besser. Sie ist daher vorzuziehen.

1. Berechnet aus den Werten der Bierschaumgrenzen jeweils das Volumen des vorhandenen Bierschaums! (obere Bierschaumgrenze in ml) - (untere Bierschaumgrenze in ml) = (Bierschaumvolumen in ml)
2. Ergänzt an der Y-Achse die Werte der Skala sinnvoll!
3. Jeder Schüler überträgt die Werte des Bierschaumvolumens mit einem Bleistift in das Diagramm!
4. Zeichne einen möglichst glatten Graphen in das Diagramm ein! Die Messpunkte sollen möglichst gut getroffen werden. Es ist OK wenn einige Messpunkt über und andere unter dem Graphen liegen solange der Graph schön glatt bleibt (siehe Grafik).

   Aufgabe 3

1. Lies das maximale Bierschaumvolumen aus dem Diagramm ab!
2. Halbiere das abgelesene Volumen!
3. Ermittle aus dem Diagramm, wie viel Zeit vergeht, bis nur noch dieses halbe Volumen vorhanden ist!
4. Markiere diesen Zeitraum im Diagramm!
5. Ermittle den Zeitraum der Halbierung für beliebige andere Ausgangsvolumina!
6. Berechne den durchschnittlichen Zeitraum für die Halbierung des Bierschaumvolumens! Dieser Zeitraum ist die Halbwertszeit des Bierschaums.

Wir werden Bier in einen Messzylinder gießen und messen, wie viel Schaum nach einer bestimmten Zeit noch vorhanden ist. Die Messungen erfolgen laufend über etwa 15 Minuten oder bis der komplette Schaum weg ist.

• Es soll möglichst viel Schaum entstehen. Das geht am Besten, wenn das Bier direkt auf die Oberfläche der Flüssigkeit fällt und nicht am Rand des Messzylinders herunter läuft.
• Der Schaum soll nicht überlaufen. Da der Schaum auch nach dem gießen noch etwas weiter wächst, muss mit dem Gießen rechtzeitig aufgehört werden. Wenn Der Schaum die oberste Markierung des Messzylinders erreicht hat ist das perfekt. Für den Fall der Fälle unbedingt Papierhandtücher am Experimentierplatz bereit halten!
• Es passt nur ein kleiner Teil des Bieres in den Messzylinder. Das Bier muss sich mit Nachbargruppen geteilt werden.
• Essen, Kaugummi und Trinken sind bekanntermaßen im Physikraum streng verboten. Das gilt insbesondere für die Experimentiermaterialien.
• Die Zeitansage soll sofort beginnen nachdem das Bier fertig eingegossen wurde.
• Es soll sowohl die untere Schaumgrenze als auch die obere Schaumgrenze möglichst genau gemessen werden. Damit der Schaum oben am Glas nicht kleben bleibt, muss der Messzylinder vor dem Versuch mit Wasser ausgespült werden.
• Nach dem Versuch muss der Messzylinder gründlich ausgespült werden.

Das muss vor der Versuchsdurchführung geklärt werden

• Folgende Aufgaben, müssen wärend der Messung laufend ausgeführt werden:
  1. Die Zeit muss alle 30 Sekunden angesagt werden.
  2. Gleichzeitig muss die obere Bierschaumgrenze abgelesen werden.
  3. Gleichzeitig muss auch die untere Bierschaumgrenze abgelesen werden.
  4. Die obere Bierschaumgrenze muss angesagt werden.
  5. Die obere Bierschaumgrenze muss dokumentiert werden.
  6. Die untere Bierschaumgrenze muss angesagt werden.
  7. Die untere Bierschaumgrenze muss dokumentiert werden.
• Daraus ergibt sich folgende Aufgabenverteilung:
  • Zeitansage
  • Ablesen & Ansagen obere Bierschaumgreze
  • Ablesen & Ansagen untere Bierschaumgrenze
  • Dokumentation der Werte
• Während der Messung ist keine Zeit für Diskussionen. Jeder ist für seine Aufgabe verantwortlich. Daher muss vorher geklärt werden,
  • wie die Werte abgelesen werden. (Es werden vermutlich auch im ausgespülten Messzylinder oben einige Bläschen nur langsam herunter rutschen - werden die mit gemessen? Wie soll sonst gemessen werden? Die Bestimmung der Bläschengrenze darf während der Messung nicht geändert werden)
  • in welcher Reihenfolge die Werte angesagt werden.
  • wie die Werte dokumentiert werden.