Bierschaumversuch

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CC BY-SA icon 80x15.pngQuelle: zum.de Bierschaumversuch (https://unterrichten.zum.de/wiki/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.

Messzylinder mit einem Volumen von 500 bis 1000ml eignen sich gut für den Versuch.

Dazu wird ein Bier in einen Messzylinder gegossen. Dabei sollte möglichst viel Schaum erzeugt werden. Das geht am besten, wenn das Bier direkt auf die Oberfläche der Flüssigkeit fällt und nicht am Rand des Messzylinders herunterläuft. 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 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 Messwertetabelle vorbereitet werden. Möglichst direkt vor dem Versuch sollte der Messzylinder gründlich mit Wasser ausgespült werden damit der Schaum besser am Glas herunter rutscht.


Versuchsdurchführung
Folgendes Vorgehen hat sich als sinnvoll herausgestellt:
  1. Ein Bier wird so in den Messzylinder gegossen, dass reichlich Schaum entsteht. Der Schaum sollte allerdings auch nicht höher stehen als die Skala des Messzylinders reicht. Bedenke, dass der Schaum auch nach dem Gießen noch ein wenig weiter wächst.
  2. Jetzt wird im Abstand von 20 oder 30 Sekunden jeweils gleichzeitig das Volumen des Biers mit dem Schaum sowie das Volumen des Biers abgelesen und zu der jeweiligen Zeit notiert.
  3. Anschließend wird für jede Messung das jeweilige Volumen des Bierschaums berechnet. (Volumen des Biers mit dem Schaum) - (Volumen des flüssigen Biers) = Bierschaumvolumen
  4. Das Diagramm sollte auf einem Bogen Millimeterpapier erstellt werden. Um möglichst das ganze Papier auszunutzen muss eine geeignete Einteilung für die X-Achse und vor allem für die Y-Achse festgelegt werden.
  5. Die Werte des Bierschaumvolumens sollten von jedem Schüler mit Bleistift in ein eigenes Diagramm übertragen werden.
  6. Schließlich sollte ein möglichst glatter Graph in das Diagramm gezeichnet werden der möglichst die meisten Messpunkte gut trifft. Es ist dabei OK wenn einige Messpunkt über und andere unter dem Graphen liegen solange der Graph schön glatt bleibt (siehe Grafik).
  7. Nach der Messung wird das Bier in den Ausguss entsorgt, der Messzylinder muss gründlich ausgespült und zum Trocknen aufgestellt werden.


Auswertung
Um aus dem Diagramm die Halbwertszeit zu ermitteln gehe wie folgt vor:
  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.


CC BY-SA icon 80x15.pngQuelle: zum.de Bierschaumversuch (https://unterrichten.zum.de/wiki/Bierschaumversuch)