Nr. 27, 16.09.03 - Institut für Didaktik der Chemie

Protokoll vom 16.09.03 (Protokoll Nr. 27)
Temperaturen in der Mikrowelle / Messen mit dem
Pyrometer
Einleitung:
Die Mikrowelle könnte als Laborgerät noch viel attraktiver werden, würde sie einen größeren
Temperaturbereich abdecken. Nicht nur Temperaturen von 1200 Grad Celsius sind
interessant, sondern beispielsweise auch Temperaturen von 500 Grad Celsius.
Es gibt immer noch kein „Aktivkohle-Suszeptor-Tiegelsystem“ [Aktivkohle-SuszeptorTiegelsystem siehe: AST-Element], das immer die gleiche Temperatur erreicht. Ziel ist es,
solche Suszeptor-Tiegelsysteme zu bauen, mit denen man die Temperatur regulieren kann.
Dabei soll eine möglichst große Temperaturspanne möglichst lückenlos abgedeckt werden.
Ein einzelnes Suszeptor-Tiegelsystem wird diese Temperaturspannen nicht abdecken können.
Vielmehr sollte es für jeden Temperaturbereich ein eigenes Suszeptor-Tiegelsystem geben.
Als erstes wollen wir viele unterschiedliche Suszeptoren auf ihre Wärmeeigenschaften
untersuchen.
Der Temperaturmessung in der Mikrowelle sind Grenzen gesetzt
Temperaturmessungen in angeschalteten Mikrowellen gestalten sich als äußerst schwierig.
Wegen der Mikrowellenstrahlung können keine Metallgegenstände verwendet werden. Die
Temperaturmessung muss daher optisch erfolgen – mit einem Pyrometer. Dazu muss die
Glasscheibe der Mikrowelle entfernt werden. Das Strahlen abschirmende Gitter wird nicht
entfernt. Mit Linsen muss der Messstrahl des Pyrometers genau durch eines der Löcher im
Gitter auf den Messgegenstand gelenkt werden. Mit einem in das Pyrometer eingebauten
Laserpointer lässt sich der Messbereich anvisieren.
Dem Pyrometer sind aber auch Grenzen gesetzt. Für unterschiedliche Materialien muss das
Pyrometer unterschiedlich eingestellt werden. Dies geschieht über den sogenannten
Emissionswert - kurz EMI. Der Emissionswert wird durch die Farbe des Stoffes beeinflusst.
Ein Stoff, der sehr hohe Temperaturen erreicht und zu glühen beginnt, verändert zwangsläufig
seine Farbe. Eine Messung am Suszeptor direkt ist also nicht möglich. Die Messung muss
indirekt erfolgen. Der Suszeptor wird also in einen Tiegel gefüllt. Die Temperatur wird an der
Tiegelaußenwand gemessen. Er verändert seine Farbe nicht. Die Temperaturwerte sind
natürlich nur indirekte Werte, da die Wärme erst durch die Tiegelwand gelangen muss.
Dennoch sind sie äußerst interessant. Falls die Suszeptoren in ein Suszeptor-TiegelsystemElement eingebaut werden, muss die Wärme des Suszeptors ebenfalls durch die Tiegelwand
zum Schmelzgut gelangen. Einziger Unterschied: Die Wärme muss von außen nach innen und
nicht von innen nach außen gelangen. Die Messwerte symbolisieren also die Temperatur, mit
der in einem Suszeptor-Tiegelsystem-Element das Schmelzgut erwärmt wird.
Geräte
Digital-Temperatur-Messgerät mit Messfühler, Pyrometer, Tiegel, Brenner, Dreifuß mit
Porzelandreieck, Stativmaterial
Durchführung:
Das Pyrometer soll nun auf die Tiegelaußenwand geeicht werden. Dazu muss der passende
Emissionswert EMI ermittelt werden. Der Emissionswert EMI wird in Prozent angegeben.
Dazu findet eine Vergleichsmessung statt. Ein Brenner erwärmt den Tiegel. Eine
Konstruktion aus Stativmaterial fixiert die Messfühler-Spitze des Digital-TemperaturMessgerätes an der Tiegelaußenwand. Unmittelbar daneben wird mit dem Pyrometer
gemessen. Die Messstelle wird mit dem Laserpointer des Pyrometers anvisiert. Das Pyrometer
ist ebenfalls mit Stativmaterial fixiert.
Abb. 1.1
Mit einem Pyrometer (Optisches Temperaturmessgerät) lässt sich die Temperatur des Suszeptors nicht
direkt messen, da der Suszeptor bei Erwärmung seine Farbe verändert.
Abb. 1.2
Die Tiegelwand ist bei allen Temperaturen im Messbereich gleich gefärbt. Deshalb kann hier mit dem
Pyrometer die Temperatur gemessen werden. Um das Pyrometer auf die Tiegelwand zu eichen, führt man
eine Vergleichsmessung direkt neben der Messstelle mit einem Digital-Temperatur-Messgerät durch.
Beobachtung
Die Temperaturen am Digital-Temperatur-Messgerät schwankten ständig.
Ergebnis
Bei einem Emissionswert von 97% stimmten die Messwerte von Pyrometer und DigitalTemperatur-Messgerät am ehesten überein. Die Differenz betrug max. 10°C, meistens aber
nur 5°C.