Programm 2023 zur Langen Nacht der Wissenschaften

"Sehr erfrischend" und ähnlich anerkennende Worte erhielten wir von den circa 400 Besuchern im vergangenen Jahr zur Langen Nacht der Wissenschaft in Dresden. Auch dieses Jahr öffnen wir wieder unsere Experimentierhalle und wollen für Begeisterung und Faszination der Wissenschaft sorgen.

Bist Du neugierig? Dann komme am 30. Juni zwischen 17 und 23 Uhr in die Bertolt-Brecht-Allee 20.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe wirklich?

Kann man mit ihr die Wärmewende schaffen oder braucht es ganz andere Strategien?

Seit fast 60 Jahren forscht das ILK Dresden rund um das Thema „Wärmepumpe“, an Warm-Kalt-Kreisläufen, an Werkstoffen, die in diesen Prozessen neuen Herausforderungen genügen müssen, an Prozessen, die für mehr Effizienz bei der Wärmeerzeugung und dem Verbrauch von Energie sorgen. Jetzt ist, aufgrund unterschiedlicher welt- und klimapolitischer Ereignisse, die Wärmepumpe so stark in den Fokus der aktuellen Politik gerückt, dass von jedem Einzelnen Lösungen bzw. Konsequenzen gefragt sind. Doch ist die Wärmepumpe wirklich DIE Lösung auf alle Fragen der Wärmewende? Du erfährst es aus erster Hand – von unseren Forschern am 30. Juni 2023 zur Langen Nacht der Wissenschaften am ILK Dresden.

Technisch gesehen haben Kühlschrank und Wärmepumpe vieles gemeinsam, der Prozess ist nämlich der gleiche. Die jeweilige Nutzung von Wärme oder Kälte entsteht durch den gewünschten Verwendungszweck. Im Kühlschrank sorgt der Verdampfer im Kühlraum für die Kälte. Die dem Lebensmitteln entzogene Wärme wird auf der Rückseite über den Verflüssiger an die Küche abgegeben. Im Falle der Wärmepumpe entzieht der Verdampfer nicht den Lebensmitteln, sondern dem Garten, dem Boden oder dem Wasser die Wärme, die über dem im Haus befindlichen Verflüssiger in die Wohnung abgegeben wird. Wir zeigen Euch das Prinzip und nutzen ausnahmsweise mal einen alten Kühlschrank als Wärmepumpe.

An einem Wärmepumpen-Modul könnt Ihr die Performance (den COP-Wert) einer Wärmepumpe, d.h. das Verhältnis von ihrer Wärmeleistung und der dafür erforderlichen Antriebsleistung (Strom) simulieren und individuell errechnen. Wir zeigen Dir außerdem einen Überblick über die unterschiedlichsten Wärmepumpen und Wärmequellen.

Wärmepumpen erzeugen tieffrequenten Schall, der sich sehr weit ausbreiten kann. Insbesondere bei der Ausbreitung innerhalb eines Wohngebäudes kann es dabei zu sogenannten stehenden Wellen kommen, welche als unangenehm empfunden werden können. Im Experiment werden diese stehenden Wellen erzeugt und können am eigenen Leib erlebt werden.

Hier am ILK Dresden arbeiten wir experimentell bis etwa -271 °C. Sehr, sehr tiefe Temperaturen benötigt man beispielsweise, um Magneten schweben zu lassen. Bei einem Supraleiter verschwindet unterhalb der kritischen Temperatur sein elektrischer Widerstand und er wird zum idealen Leiter. Wir zeigen Euch, wie eine Magnetschwebebahn funktioniert, die mit flüssigem Stickstoff oder Helium (-196 °C) gekühlt wird. Übrigens: Für das Kühlen von Sensoren mit flüssigem Stickstoff oder Helium hat das ILK Dresden Kryostate entwickelt, die vielseitig eingesetzt werden. Insbesondere wurden metallfreie GFK-Kryostate mit speziellen Eigenschaften zur Kühlung von supraleitenden Strombegrenzern und SQUIDs (hochempfindliche Magnetfeldsensoren) entwickelt, die auch als Druckgeräte ausgeführt werden können. Produktportfolio ILK Dresden-Kryostate: https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/kryostate-aus-gfk-oder-metall

Sicher kennt Ihr die Konsistenz eines Slush-Eis-Getränkes. So ähnlich ist Slurry-Eis - ein Flüssigeis, das thermodynamisch gesehen ein hervorragender Energiespeicher ist. Im Zuge der Energiewende kann Eis helfen, das Stromnetz zu stabilisieren oder auch die Kältebereitstellung sicherzustellen, wenn eine besondere Lastanforderung besteht. Letztlich lässt es sich sogar als Schneeersatz für Sportveranstaltungen aufbereiten. Bei der LNDW zeigen wir Euch, wie Eis als Energiespeicher funktioniert. Übrigens:  Eis als kostengünstiges und umweltverträgliches Speichermedium spielt in vielfältigen Entwicklungsprojekten des ILK Dresden eine wesentliche Rolle. Einige Beispiele sind: Eis durch Sonnenenergie für nachhaltigen Fischfang (giz.de),  Pumpfähiges Vakuum-Flüssigeis

Übrigens ... das Eis bzw. der Schnee, der quasi als Nebenprodukt bei der Vakuum-Flüssig-Eis-Technologie entsteht, könnte beispielsweise sehr nützlich für den Freizeitsport verwendet werden. Zur LNDW kannst Du Dich damit im Schneeball-Zielwerfen ausprobieren oder echte kleine Schneemänner bauen.

Trockeneis wird in der Formula E – der Rennserie von Formelwagen mit Elektromotor – zur schnellen Kältebereitstellung benötigt. Zur LNDW entnehmen wir Kohlendioxid aus der flüssigen Phase und entspannen es in einem Schneerohr - ein genialer Showeffekt und Zeit für Eure erste Schneeballschlacht im Juni 2023. Übrigens: Am ILK Dresden wird die umweltfreundliche Alternative für die Kälteerzeugung unter -50 °C untersucht. Wie kann der natürliche Stoff Kohlendioxid als Arbeitsstoff für spezielle Kälteanwendungen, wie z.B. im Laborbetrieb, der  Gefriertrocknung oder Tieftemperaturmedizin angewendet werden?  https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/co2-trockeneis-sublimation-zur-tieftemperaturkuehlung

Bei einem so kleinen Leck entweicht nur ein einziges, winziges Bläschen alle 14 Sekunden! Zum Vergleich: Beim kaputten Fahrradschlau sind es ungefähr 7 Blasen in einer Sekunde. Und hier ist Deine Challenge zur LNDW: Hast Du schon mal einen platten Fahrradreifen gehabt? Sicher weißt Du schon, wie man das Loch im Fahrradschlauch findet und repariert. Aber wie findet man ein Leck in der Kälteanlage? Wie gefährlich ist es, wenn das Loch nicht gefunden wird? Wir erklären es Dir und Du kannst ausprobieren, die winzig kleinen Lecks zu finden. Für die erfolgreiche Suche erhältst Du eine Urkunde, die Dich als „Dichtheitsprüfer für Kälteanlagen“ auszeichnet und natürlich einen Preis.

Bei einer Kältemaschine wird durch Aufwendung von Arbeit eine Temperaturdifferenz erzeugt. Ein Kryokühler verwendet dazu ein Arbeitsgas, welches einem periodischen Druckwechsel unterzogen wird. Durch eine zyklische Verlagerung des Arbeitsgases innerhalb des Kryokühlers wird jeweils eine warme und eine kalte Seite am Kryokühler generiert. Letztere kann Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur von Sauerstoff und Stickstoff (-196 °C) erreichen. Der Kondensationsprozess wird in einem Plexiglas-Gefäß sichtbar gemacht. Übrigens: Das ILK Dresden entwickelte im Rahmen des Forschungsvorhaben „Supraleitendes Hochstromsystem für DC Anwendungen“ einen leistungsstarken, auf dem Pulse-Tube (PT)-Prinzip basierenden Kryokühler, mit dem sich eine wesentlich höhere Effizienz realisieren lässt. https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/pulse-tube-kryokuehler

Bei einer Wärmekraftmaschine wird eine bestehende Temperaturdifferenz zur Gewinnung von Arbeit ausgenutzt. Sie besitzt demnach eine warme Seite (Wärmequelle) und eine kalte Seite (Wärmesenke). Durch eine gezielte Verlagerung des Arbeitsgases zwischen diesen Seiten entsteht eine Druckwelle, die anhand von schwingenden Flüssigkeitskolben demonstriert wird. In unserem Versuch zur LNDW demonstrieren wir das Prinzip an einem Glasmodell mit schwingenden Flüssigkeitssäulen. Übrigens: Das ILK Dresden entwickelte in Zusammenarbeit mit der Firma Fox Autotechnik eine Wärmekraftanlage für das Abgassystem von Kraftfahrzeugen. https://www.ilkdresden.de/leistungen/forschung-und-entwicklung/projekt/waermekraftmaschinen

Die Siedetemperatur von Wasser verringert sich mit zunehmender Höhe über Normalnull, wie aus dem Kochen im Hochgebirge bekannt ist. Auf der Zugspitze, dem höchsten Berg Deutschlands (2.962 m), kocht Wasser bereits bei 90 Grad Celsius. Am sogenannten „Tripelpunkt“ herrschen sogar so besondere Druckbedingungen, dass das Wasser gleichzeitig in allen drei Aggregatzuständen vorliegt (flüssig, gasförmig und fest – als Eis)! Das Wasser siedet, während es gleichzeitig gefriert. In unserem Versuch zeigen wir, wie die Verringerung des Drucks über der Flüssigphase mittels Pumpe wirkt, bis es zur Umwandlung in die feste Phase (Eis) kommt. Übrigens: Das ILK Dresden macht sich diese physikalische Eigenschaft unter anderem in dem Projekt AQVA HEAT zum Nutzen und forscht daran, wie wir Wasser nutzen können, um einerseits unsere Gebäude heizen oder kühlen zu können. AQVA HEAT ist ein klimaneutrales Verfahren, das die CO2 Emissionen, z.B. durch Heizen mit Kohle, Gas oder Öl, signifikant senken könnte. https://www.ilkdresden.de/news/das-ilk-erhaelt-den-eku-innovativ-zukunftspreis-1

Warum benötigen wir bei schneller Autofahrt mehr Kraftstoff, wenn wir die gleiche Strecke doch in kürzerer Zeit fahren? Warum muss ich mich beim Radeln wesentlich mehr anstrengen, wenn ich aufrecht fahre? Warum ist ein Pinguin windschnittiger als ein Nashorn?

In den meisten Fällen nehmen wir die uns umgebende Luft nicht wahr. Welche Auswirkungen und welche Kraft sie jedoch haben kann, sehen wir am Beispiel von Stürmen, Orkanen und Wirbelhosen und in den kleinen alltäglichen Dingen in den obigen Fragen. Die Antworten werden mit kleinen Experimenten zum selber ausprobieren und Erfahrungen sammeln gezeigt. Übrigens: Das ILK Dresden erforscht Optimierungspotenziale, wie Leistung, Geräusche, Druckverluste, Produktdesign oder Raumgestaltung und letztendlich die damit verbundenen Betriebskosten mittels laseroptischer Strömungsmessung und Strömungssimulation. Dieses einzigartige Know-how unseres Instituts ist in vielen Projekten hochgeschätzt.  Beispielsweise wurde das neue Berliner Schloss  / Humboldt Forum entsprechend simuliert, sodass weder Besucher noch die Kunstschätze ins Schwitzen oder Frieren kommen.https://www.ilkdresden.de/unternehmen/news/informationen-veranstaltungen/news/ilk-sorgt-fuer-behaglichkeit-fuer-mensch-und-kunst-eroeffnung-humboldt-forum

Unsere Adresse: Bertolt-Brecht-Allee 20 in 01309 Dresden
PS: Für Essen und Getränke ist ebenfalls wieder gesorgt.

Datenschutzhinweis für diese Veranstaltung:

Während der Veranstaltung werden Bild- und Tonaufnahmen gefertigt, die einzelne oder Gruppen von Teilnehmern zeigen und die von Medienvertretern, dem ILK Dresden sowie deren Kooperationspartnern der Veranstaltung zur Information der Öffentlichkeit publiziert werden können. Dies betrifft insbesondere die Veröffentlichung auf www.ilkdresden.de, den Social-Media-Kanälen des ILK Dresden (LinkedIn, Twitter, etc.) und in Printmedien (Informationsbroschüren, Pressemitteilungen, Präsentationen). Jede teilnehmende Person hat das Recht, aus Gründen, die sich aus ihrer besonderen Situation ergeben, jederzeit gegen die Anfertigung und Veröffentlichung der Bild- und Tonaufnahmen Widerspruch einzulegen. Der Widerspruch ist dem ILK Dresden mitzuteilen (kommunikation@ilkdresden.de)

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