Wie bewegt man Wasser?

Wie bewegt man Wasser?

Wasser besitzt einen erstaunlichen inneren Zusammenhalt, der es möglich macht, Wasser in jede beliebige Richtung zu bewegen. Hier erklärt Professor Søren Rud Keiding die Grundlagen von Durchfluss und Druck.

Wir können Wasser in jede beliebige Richtung bewegen. Es kommt meist nur darauf an, welche Materialien wir verwenden und wie viel Energie wir brauchen. Letztendlich spielen aber auch Praktikabilität und der Preis eine Rolle, wenn wir Wasser bewegen.

Ein Unternehmen wie Grundfos hat natürlich großes Interesse daran, die grundlegenden Eigenschaften von Wasser zu verstehen. Denn nur so können wir den Durchfluss und den Druck regeln, wenn wir flüssiges Wasser fördern. Wenn man flüssiges Wasser verdichten möchte, zum Beispiel wenn man es anschieben will, kommt eine besonders faszinierende Eigenschaft des Wassers ins Spiel: die Tatsache, dass es kaum möglich ist, es zu verdichten.

Befindet man sich am Grund des Ozeans, an seinem tiefsten Punkt, also 10 km unter der Meeresoberfläche, dann beträgt das Gewicht des Wassers über einem etwa 10.000 Tonnen. Trotzdem beträgt die Verdichtung des Wassers nur wenige Prozent. Es ist also extrem schwierig, Wasser zu verdichten.

Wenn sich Wasser gar nicht verdichten ließe, wäre die Meeresoberfläche auf der ganzen Welt etwa 50 Meter höher. In gewisser Hinsicht ist es leichter, Gestein zu verdichten als flüssiges Wasser. Ein weiteres Beispiel, das die geringe Komprimierbarkeit des Wassers verdeutlicht, sind Wasserstrahlschneider. Das sind kleine Düsen, aus denen Wasser mit extrem hohem Druck gespritzt wird. Damit kann man Materialien äußerst effizient und sauber schneiden. Ihre Funktionsweise basiert auf der Tatsache, dass sich Wasser so schwer verdichten lässt.

Die Förderhöhe ist etwas, das jeder Pumpentechniker auf der Welt kennt. Im Prinzip beschreibt sie, wie hoch man Wasser in einer geraden Säule pumpen kann. Dahinter verbirgt sich eine interessante wissenschaftliche Frage, die heutzutage heiß diskutiert wird. Es herrscht Uneinigkeit über die Grundlagen der Förderhöhe von Wasser. Einige behaupten, dass Luftdruck und Schwerkraft entscheidend seien. Andere stellen die Kohäsion des flüssigen Wassers in den Vordergrund. Also die Tatsache, das Wasser einen starken inneren Zusammenhalt aufweist. Wenn man Wasser heben will, muss man die Wasserstoffbrückenbindungen verstehen.

Auch hier sind also wieder diese Bindungen der Schlüssel, um zu verstehen, warum Wasser diese ungewöhnlichen Eigenschaften besitzt und vor allem warum der innere Zusammenhalt des Wassers so stark ist. Ob man Wasser anschiebt, verdichtet, fördert, einsaugt oder ob man es zum Sieden bringt, entscheidend sind die Wasserstoffbrückenbindungen und die Menge an eingesetzter Energie.

Wenn man an einer Wassersäule zieht, hängt die Kohäsion, der innere Zusammenhalt des Wassers, von den Wasserstoffbrückenbindungen und der Menge an Energie ab, die eingesetzt wird, um diese Wasserstoffbrückenbindungen zu trennen. Und die Energie, mit der man die Wasserstoffbrückenbindungen aufspalten kann, ist dieselbe, mit der man Wasser zum Sieden bringt.

Eine Flüssigkeit zu sieden und die Flüssigkeit dadurch zu verdampfen, ist im Prinzip nichts anderes, als Wasserstoffbrückenbindungen zu trennen. Wenn wir also das Wasser erforschen. müssen wir untersuchen, wie viel Energie man braucht, um die Wasserstoffbrückenbindung aufzuspalten. Sobald wir das wissen, wissen wir auch, wie viel Energie wir brauchen, um Wasser zum Sieden zu bringen.