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Diese Umfrage war vom 10. März 2009 bis 1. Juni 2009 aufgeschaltet.

Im nachfolgenden Video sehen Sie die Entzündung eines Stahlwolleknäuels mit einer 4.5 Volt Flachbatterie und den nachfolgenden Abbrand.

 

Unsere Frage

Wieso pflanzt sich der Abbrand nach der Entzündung/Erhitzung von Stahlwolle fort, beim einem massiven Stahlträger aber nicht?

Welche der folgenden Aussagen trifft am Besten zu:

a) weiss nicht

b) Stahlwolle hat eine kleinere Dichte als ein Stahlträger

c) Dünnere Dräht führen die Hitze langsamer ab

d) Grösseres Volumen zu Oberflächenverhältnis

e) Stahlträger haben einen höheren Kohlenstoffanteil

Keine Antwort wussten 10%. Die Aufschlüsselung der Antworten, die entweder b), c) , d) oder e) wählten ergibt folgende Aufteilung in Prozenten:

Auswertung

Die treffende Antwort ist "c) Dünnere Dräht führen die Hitze langsamer ab" und wurde von 13% gewählt.

Für die Erklärung müssen wir etwas ausholen: Wenn durch die Erhitzung von Stahl die Aktivierungsenergie für die Reaktion Oxidation von Eisen zu Eisenoxid aufgebracht wird, kann die äusserste Metallschicht oxidieren. Diese Reaktion läuft bei der Stahlwolle wie auch beim Stahlträger ab. Der Schmied nennt diese Oxidationsschicht auch den Hammerschlag (Fe3O4). Diese chemische Reaktion ist exotherm, d.h. mit der Reaktion wird Wärme frei. Wenn genügend Wärme entsteht um u.a. den Abtransport der Wärme zu kompensieren und die Aktivierungsenergie für die Oxidation der umliegender Stahloberfläche zu ermöglichen pflanzt sich die Reaktion wie im Falle der Stahlwolle fort. Ein entscheidender Faktor für den Abtransport der Wärme (Kühlvorgang) ist die Wärmeleitfähigkeit. Stahl hat ca. eine um 2500x höhere Wärmeleitfähigkeit wie Luft. Je grösser der Durchmesser des Stahldrahtes oder der Breite des Stahlträgers (bei genügender Länge) umso grösser ist der Wärmeabtransport. Bei einem Stahlträger ist der Wärmeabtransport zu hoch, so dass die entstehende Reaktionswärme nicht genügt für eine Fortpflanzung der Reaktion. Uebrigens in reinem Sauerstoff brennen auch dicke Stahlrohre ab, das nennt man dann Sauerstofflanzen. Die werden verwendet um Löcher durch Beton zu bohren.    

b) Stahlwolle hat eine kleinere Dichte als ein Stahlträger 

Die Dichte eines unlegierten Stahlträgers oder von Stahlwolle ist etwa gleich und hängt von der genauen Zusammensetzung, d.h. dem Kohlenstoffanteil im Bereich von bis zu 2% ab. Die Antwort "b) Stahlwolle hat eine kleinere Dichte als ein Stahlträger" ist an sich je nach Zusammensetzung richtig oder falsch. Diese Aussage mag aber die Frage nicht erklären. 

d) Grösseres Volumen zu Oberflächenverhältnis

Diese Antwort war irreführend, weil wenn sie geheissen hätte "Grösseres Oberflächen zu Volumenverhältnis" wäre sie zutreffend.

e) Stahlträger haben einen höheren Kohlenstoffanteil

Diese Antwort deckt sich mit Antwort b).

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