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Schema eines Siphons

EIN Siphon, oder Siphon,^[1] ist ein Mittel zum Entfernen einer Flüssigkeit aus einem Gefäß. Dazu wird ein Schlauch oder Rohr verwendet, dessen Eingang in die zu entfernende Flüssigkeit eingetaucht und Ausgang unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Behälter positioniert ist. Wenn die Flüssigkeit in ein anderes Gefäß fließt, darf der Flüssigkeitsstand im Zielgefäß nicht höher sein als der Flüssigkeitsstand im Quellgefäß.

Der Hebel muss zuerst aktiviert werden, bevor er funktioniert. Dazu wird zunächst der zu verwendende Schlauch mit der zu pumpenden Flüssigkeit gefüllt. Dies kann durch Entfernen des Luftdrucks am Schlauchende erfolgen (zB durch Ausstoßen der Luft aus dem Schlauch). saugen), indem der Schlauch vorübergehend als Ganzes unter den Flüssigkeitsspiegel im Behälter gebracht wird oder indem der Flüssigkeitsspiegel im Behälter vorübergehend über den höchsten Punkt des Siphons angehoben wird.

Im Betrieb strömt die Flüssigkeit ohne Zuhilfenahme beweglicher Teile aus dem Behälter. Die dafür erforderliche Arbeit wird durch die Schwerkraft geleistet.

Beispiele

Anwendungsbeispiele:

• Umfüllen von Benzin aus dem Tank eines Autos.
• Entleeren eines Kinderbeckens mit einem Gartenschlauch über die hohe Seite des Beckens.
• Entleeren eines Wasserbettes mittels Schlauch über die hohe Bettseite.
• ein Schwanenhals enthält auch einen Teil, der als Siphon funktioniert. Unten am Schwanenhals befindet sich ein wenig Wasser, das den Abfluss verschließt. Wenn Wasser aus dem Abfluss eindringt, fließt das letzte bisschen Wasser teilweise durch den Siphon ab.

Physikalische Prinzipien

Siphon-Prinzipien

Die treibende Kraft hinter dem Siphon ist eine Druckdifferenz, die im Schlauch mit Flüssigkeit und Außenluft vorhanden ist. Diese Druckdifferenz entsteht, weil der Flüssigkeitsdruck mit der Tiefe im Behälter unter dem Einfluss der Schwerkraft zunimmt (siehe hydrostatischer Druck).

${displaystyle p=p_{0}-varrho gh}$

Hier ist ${displaystyle p_{0}}$ gleich Luftdruck und ${Anzeigestil Varrho gh}$ gleich dem Flüssigkeitsdruck in der Höhe ${displaystyle h}$ relativ zur Flüssigkeitsoberfläche. ${displaystyle h}$ ist negativ, wenn er niedriger als die Flüssigkeitsoberfläche ist - im Behälter, und positiv, wenn er über dem Behälter liegt - im Siphon.

Der Flüssigkeitsdruck im Schlauch ist daher niedriger als der Luftdruck. Die Flüssigkeit im Schlauch entlastet teilweise den Luftdruck. Die Außenluft drückt die Flüssigkeit in den Schlauch, während die Schwerkraft die Flüssigkeit wieder nach unten drückt. Die Flüssigkeit blockiert sozusagen die Außenluft.

Wenn der Schlauch komplett mit Flüssigkeit gefüllt und (auch am Ende) komplett verschlossen ist, können Sie nach dieser Formel also an jeder Stelle im Schlauch einen Druck bestimmen. Wenn Sie also den Schlauch nach oben oder unten bewegen, ändert sich der Druck im Schlauch, jedoch nur an Stellen, an denen sich die Höhe ändert. Wenn Sie das Ende an derselben Stelle belassen, aber die Höhe der Mitte variiert, hat dies keinen Einfluss auf den Druck am Ende des Schlauchs.

Sobald Sie das Schlauchende öffnen, kommt es mit der Außenluft in Kontakt. Zwischen dem Schlauchende und der Außenluft besteht ein Druckunterschied.

Schlauchende

${displaystyle p=p_{0}-varrho gh}$

gegen Luftdruck

${displaystyle p_{0}}$

Diese Druckdifferenz bestimmt, in welche Richtung die Flüssigkeit fließt. Ist der Druck in der Schlauchöffnung höher als der Luftdruck, fließt Flüssigkeit aus dem Schlauch. Aus der Formel lässt sich ableiten, dass dies nur gilt, wenn das Schlauchende tiefer liegt als der Flüssigkeitsspiegel im Behälter.

Aus obigem Befund konnte geschlossen werden, dass es egal ist, wie hoch der Luftdruck ist. Dennoch würde ein Siphon ohne Luftdruck nicht funktionieren. Der Luftdruck erzeugt eine Kraft, die die Flüssigkeit nach oben in den Schlauch drückt. Aus dem gleichen Grund darf ein Siphon nicht zu hoch sein. Wenn der Siphon zu hoch ist, kann der Luftdruck die Flüssigkeit nicht hoch genug in das Rohr drücken. Der Druck wäre laut Formel negativ und das ist unmöglich. Beispielsweise darf ein Wassersiphon nie höher als etwa 10 Meter und ein Quecksilbersiphon nie höher als 76 Zentimeter sein.

Wenn sich das Schlauchende in einem anderen Flüssigkeitsbehälter befindet, übt die Flüssigkeit im anderen Behälter ebenfalls Druck auf den Schlauch aus. In der Praxis bedeutet dies, dass nur dann Flüssigkeit fließt, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Zielgefäß niedriger ist als der Flüssigkeitsspiegel im Quellgefäß. Wenn die Füllstände gleich sind, stoppt der Fluss. Beim Anheben des Aufnahmegefäßes kann die Flüssigkeit in das ursprüngliche Gefäß zurückfließen.

Bedarf

Sobald der Hebel funktioniert, funktioniert er weiter, solange die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

• Die Auslaufseite (Schlauchende bzw. der Flüssigkeitsspiegel des Auffanggefäßes) liegt tiefer als das Einlaufende (der Flüssigkeitsspiegel des Fördergefäßes).
• Der Luftdruck im Auffangbehälter steigt beim Siphonieren nicht an bzw. der Luftdruck im Vorlaufbehälter sinkt nicht. In der Praxis: In beiden Gefäßen steht die Flüssigkeit mit der Außenluft in Kontakt.
• Der Siphon muss vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein. Luftblasen wirken sich störend auf die Funktion des Siphons aus. Bei zu viel Luft im Schlauch ist ein Absaugen nicht mehr möglich.
• Voraussetzung ist, dass das Rohr bzw. der Schlauch luftdicht ist und die Förderflüssigkeit keine Gase enthält, die unter einem bestimmten Vakuum Gasblasen bilden. Befindet sich oben im Schlauch ein Loch, wird der erforderliche Unterdruck an dieser Stelle unterbrochen.
• Vom Ende her darf keine Luft in den Siphon strömen. Ein zu breiter Siphon kann die Siphonfunktion verlieren, wenn Luft durch das Schlauchende oben in den Schlauch eindringen kann.

Siehe auch

• Siphonpumpe
• Schulleiter
• Kommunizierende Schiffe
• Wasserdichtung