Vielleicht kennt Ihr das?

Ihr sitzt nichts ahnend da. Vielleicht mit einer Freundin bei einer Tasse Tee im Herbst. Und plötzlich ist es da. Ein Fiepen, ziemlich leise, aber konstant. Ein leiser Fiepton, der irgendwo herkommt, und einfach nicht aufhört. Ihr fragt euch: was ist das für ein Fiepen? Tinitus? Irgendwie klingt es wie ein Dauerzischen. Und irgendwann, nach langem Suchen, richtet sich eure Aufmerksamkeit auf die Thermoskanne auf dem Tisch, in der heißer Tee ist.

Das Zischen, das Fiepen kommt aus der Thermoskanne. Und es scheint einfach nicht aufzuhören. Wie kann das sein? Wo kommt das ganze Gas her? Und wieso hört es einfach nicht auf? Dazu im folgenden mehr.

Kurze Erklärung

• In der verschlossenen Thermoskanne bildet sich über der Wasseroberfläche des zunächst 100°C heißen Wassers in der kleinen Kammer hin zum Verschlussdeckel der Kanne Wasserdampf.
• Dadurch, dass schon 18 g Wasser etwa 22 Liter Wasserdampf erzeugen können, ist für ordentlich Nachschub gesorgt.
• Der Wasserdampf führt außerdem dazu, dass in der Kanne der Luftdruck, der überall um uns herum herrscht, nochmals um den gleichen Druck erhöht wird. Dass es der gleiche Druck ist, ist Zufall, und eine Eigenschaft von Wasser.
• In der Kanne herrscht also der doppelte Druck wie in der Umgebung.
• Dadurch, dass in der Kanne so ein riesiger Druck herrscht, und außerdem immer neuer Wasserdampf aufsteigt, dauert das Zischen, das das Entweichen des Wasserdampfs erzeugt, eine gefühlte Ewigkeit.

Die Thermoskanne – Wenn es etwas mehr sein darf

Chemie

„Ein Mol eines Stoffes enthält definitionsgemäß exakt 6.02214076e²³ (602 Trilliarden) Teilchen (Avogadro-Konstante). Die Zahl wurde so festgelegt, dass x Gramm von Teilchen mit einer Masse von x atomaren Masseneinheitenmöglichst genau 1 mol sind.“ (Wikipedia)

Damit folgt, das 18g Wasser, also H₂O, ziemlich genau ein Mol sind. Darüber hinaus gilt, dass ein Mol eines Gases unter Normalbedingungen ein Volumen von 22,41 Liter einnimmt. In einer Thermoskanne finden aber typischerweise 1 l beziehungsweise etwa 1 kg flüssiges Wasser platz. D.h. wenn dieses Wasser, beziehungsweise der heiße Tee gasförmig wird, können viele-liter-weise Gas (Wasserdampf) entstehen.

Physik

Das P-V-T-Diagramm beschreibt unter anderem, wie sich die Zustände eines physikalischen Systems thermodynamisch ändern. In unserem Zusammenhang hier, mit der Thermoskanne mit heißem Tee, ist das P-V-T-Diagramm von Wasser interessant. Hier interessiert vor allem der Wasserzylinder in der Thermoskanne mit der kleinen Gasphase auf der Wasseroberfläche, die vom Deckel der Thermoskanne abgeschlossen wird.

So lange der Deckel nicht auf der Thermoskanne ist, herrscht der normale Luftdruck von 1 bar. Wenn aber die Thermoskanne zu geschraubt wird, kommt der Partialdruck von Wasser hinzu durch die Wasserdampfphase in der Kanne. Dieser Partialdruck beträgt zufälligerweise (Stoffeigenschaft) nochmals 1 bar.

Resumé zur Thermoskanne

Damit herrscht jetzt in der Thermoskanne der doppelte Druck, wie ohne Deckel. Wenn nun der Deckel ein wenig aufgeschraubt wird, kann etwas Wasserdampf entweichen. Durch das heiße Tee-Wasser entsteht aber immer wieder neuer Wasserdampf. Wie oben beschrieben (viele Mol) sehr viele Liter Wasserdampf. Der Druck der Wasserphase lässt erst nach, wenn irgendwann die Dampfphase über der Wasseroberfläche abkühlt, so dass nur noch 1 bar herrschen. Dann erst hört Das Zischen komplett auf. Letzteres dauert eine halbe, zumindest gefühlte Ewigkeit.

Fazit

Die Welt ist voller Wunder! Wunder lösen Blitzgedanken aus.

SH 10.2022