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- Herausgeber: Tacheles!
- Kategorie: Lebensstil
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2010
Das neue Buch des Bestsellerautors Ranga Yogeshwar – mit »Ach so«-Effekt! Es gibt diese besonderen Momente, in denen uns etwas klar wird, in denen wir einen Zusammenhang erkennen oder ein Rätsel lösen. In diesen Augenblicken taucht es auf: das Lachen der Erkenntnis. Am Anfang steht oft ein Wundern: Mitten in der Nacht fragen wir uns, ob man bei Vollmond schlechter schläft, am Morgen, beim Blick in den Spiegel, woher die grauen Haare kommen, und mittags, warum sich der Knödel im Topf dreht. Dabei sind es oft die ganz einfachen Fragen, die eine verblüffende Antwort bereithalten und die Lust am Erkenntnisgewinn steigern. In seinem zweiten Buch blickt Ranga Yogeshwar nicht nur auf interessante Rätsel des Alltags, sondern fragt auch, wie wir denken, wie wir fühlen oder handeln. Wieso haben wir solche Angst vor Risiken? Warum können Fehler manchmal auch gut sein? Bei seiner Suche nach einer Antwort greift der Autor auch schon mal zum Selbstversuch: Kann man sich selbst aus einer Lawine befreien? Wie reagiert der Körper auf den steigenden Alkoholeinfluss? Was passiert beim Tiefenrausch? Diese persönlichen Erfahrungen, gepaart mit humorvollen Anekdoten, bereichern den Weg des Lesers zur Erkenntnis. Mitunter wird dieser auch überrascht, denn manchmal gibt es keine eindeutige Antwort, weil die Wissenschaftler sich nicht einig sind oder sich die Frage noch nie gestellt haben!
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Zeit:1 Std. 19 min
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Mit Illustrationen des Autors
Kurzübersicht
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> Über Ranga Yogeshwar
> Über dieses Buch
> Impressum
> Klimaneutraler Verlag
> Hinweise zur Darstellung dieses E-Books
Inhaltsverzeichnis
Für Uschi, du weißt warum …
Vorwort
Während ich dieses Buch schrieb, habe ich mir mehr als einmal gewünscht, dass es nur einem einzigen Thema gewidmet sei. Ich hatte mir aber fest vorgenommen, viele Fenster in die unterschiedlichsten Themenfelder aufzustoßen. Von der Kunst des Eierkochens, der Physik des durchsichtigen Glases, der Saugfähigkeit von Babywindeln, bis hin zu den Konsequenzen der Nutzung digitaler Medien. Jedes Thema packte mich irgendwann, und immer wieder erfüllte mich bei meinen Recherchen nach einiger Zeit ein tiefes Glücksgefühl. Das Eintauchen in einen Inhalt kann zur Sucht werden, und mit der Zeit will man immer mehr verstehen.
Jeder, der sich einmal ernsthaft mit einem Thema auseinandergesetzt hat, wird verstehen, wie schwer es mir danach fiel, etwas wegzulassen. Die Kürze der Kapitel mahnte zur Disziplin, und ich fühlte mich manchmal wie ein Verräter des Inhalts, denn das jeweilige Thema hatte doch noch so viel mehr zu bieten! Viele der Themen sind mir im Rahmen meiner Vorbereitungen zu den Fernsehsendungen »Quarks & Co«, »Die große Show der Naturwunder«, »Kopfball« und natürlich dem Kurzformat »Wissen vor 8« begegnet, und auch im Kontext dieser Produktionen hieß es für mich: »Weglassen!«
Es war eine ständige Herausforderung: Wo sollte ich beim jeweiligen Thema die Prioritäten setzen, auf welchen Aspekt konnte ich verzichten, und wie ließ sich ein komplexer Inhalt dennoch so vereinfachen, dass er verständlich wurde, ohne seine Seele zu verlieren? Wie kann man sowohl dem Laien als auch dem Experten unter den Lesern gerecht werden?
Durch die intensive Zusammenarbeit mit meinen Kollegen habe ich viel gelernt. Aus unseren engagierten Diskussionen sind im Laufe der Zeit Freundschaften hervorgegangen. Ich darf mich glücklich schätzen, dass diese großartigen Redakteure und Autoren, aber auch viele aufmerksame Zuschauer und Leser mir immer wieder mit guten Ratschlägen und kritischen Einwänden bei der Kunst des »Weglassens« geholfen haben.
Ebenso danke ich den wunderbaren Mitarbeitern des Verlagshauses Kiepenheuer & Witsch für die Herzlichkeit und für ihr großes Vertrauen, mit dem sie mich durch die unterschiedlichen Phasen der Buchentstehung begleitet haben. Mein Lektor Martin Breitfeld hat mich auch dieses Mal mit großer Offenheit und wertvollen Anmerkungen unterstützt. Allen ein festes Dankeschön!
Dieses Buch entstand nicht etwa auf einer einsamen Insel oder an einem entfernten Rückzugsort, sondern inmitten meiner sehr lebendigen Familie. Die ungezügelte Lebensfreude unserer Kinder, ihr Temperament, ihre Sensibilität und ihre kompromisslose Kreativität sind mir ein permanenter Stimulus. Sie zeigen mir täglich auf liebevolle und überraschende Weise, was es bedeutet, unsere Welt mit offenen und neugierigen Augen zu betrachten. Meine Frau Uschi hat zudem jeden meiner Gedanken in diesem Buch begleitet. In Momenten eigener Unsicherheit war sie es, die mit sicherem Instinkt einen ausschlaggebenden Ausweg entdeckte, und mit bewundernswerter Klarheit half sie mir, meine Ideen zu ordnen. Sie durchlebte und teilte mit mir alle Entstehungsphasen dieses Buches, und so beschenkte sie mich mit einer weiteren Etappe der Gemeinsamkeit auf unserem aufregenden Lebensweg.
Ranga Yogeshwar, Hennef im Sommer 2010
Warum drehen sich Knödel im Topf?
Ausgekocht: Küchengeheimnisse
1Warum drehen sich Knödel im Topf?
Fast täglich erhalte ich Post von Menschen, die ich nicht kenne. Manchmal schicken sie mir seitenlange Abhandlungen über neuartige und unbekannte Phänomene, geheime, aber angeblich vielversprechende Patente oder aber Beweise, dass Albert Einstein mit der Relativitätstheorie offensichtlich doch unrecht hatte. Nicht selten ermahnen mich die Autoren schon auf der ersten Seite, dass ihre Erkenntnisse den Lauf unserer Welt verändern werden. Was folgt, sind komplizierte Skizzen, unkonventionelle Rechnungen und abenteuerliche Argumentationen. Bisweilen verlassen dann die leidenschaftlichen Erfinder mit einem gefährlichen Halbwissen den Boden physikalischer Gesetze.
Besonders häufig erhalte ich nicht enden wollende Anleitungen für die Konstruktion eines Perpetuum mobile, einer Maschine, welche auf wundersame Weise unendliche Energie aus dem Nichts produziert. Wie verlockend und unglaublich ist da die Vorstellung, man könne damit auf einen Schlag die Energieprobleme dieser Welt lösen? Es wundert also nicht, dass das Perpetuum mobile immer wieder die Phantasie selbsternannter Erfinder beflügelt.
Doch eines Tages schrieb mir ein älterer Herr und schilderte mir ein sonderbares Phänomen, mit der Bitte um Aufklärung. Zum Glück war das Schreiben kurz und beinhaltete dieses Mal keinen Versuch, die Energieprobleme der Welt für immer zu lösen. Vielmehr ging es um eine einfache Frage: Warum drehen sich Knödel im Topf?
Knödel und Klöße sind überall beliebt, und es gibt sie in einer unglaublichen Vielfalt: Kartoffelklöße, Thüringer Klöße, Germknödel, Hefeklöße – die kocht meine Schwiegermutter besonders gut – und last but not least Karl Valentins bekannte »Semmelnknödeln«.
Allen gemeinsam ist eine Eigenschaft: Sie sind rund, und genau hierin liegt wohl die Lösung des Rätsels.
Wenn ein runder Knödel im Wasser schwimmt, dann kennt er kein »oben« und »unten«, denn durch die runde Form bleibt der Schwerpunkt immer an derselben Stelle, egal wie man den Knödel dreht. Genauso wie einen Ball im Wasser kann man ihn leicht drehen und benötigt hierfür kaum Kraft.
Im kochenden Wasser oder siedenden Fett bilden sich jedoch im Knödel kleine Bläschen. Die perfekt symmetrische Form wird dadurch leicht gestört. Da die Unterseite völlig ins Wasser eingetaucht ist, können sich die Bläschen dort aufgrund der höheren Temperatur stärker ausdehnen. Bläschen, die vom Boden des Kochtopfs aufsteigen, haften an der Unterseite des Knödels und bewirken einen leichten Auftrieb. Die kleinen Kräfte reichen aus, um den runden Knödel zu drehen. Jetzt taucht aber eine andere Partie ein, die vorher aus dem Wasser ragte. Sie wird plötzlich stärker erhitzt, die Bläschen dehnen sich aus, und erneut dreht sich der Knödel im Topf. Wenn der Topf offen ist, wird das Drehen noch verstärkt, denn unmittelbar über dem kochenden Wasser ist es kälter. Diese Temperaturdifferenz reicht aus, um die Drehbewegung weiterzutreiben.
Etwas Ähnliches kann man übrigens auch beim Abschmelzen von Eisbergen beobachten. Auch hier kommt es durch das Abschmelzen zu einer ständigen Verschiebung des Schwerpunktes, und so dreht sich der schmelzende Eisberg wie von Geisterhand im Wasser.
Der drehende Knödel im Topf bewegt sich durch minimale Änderungen der Dichte und wird damit zu einem thermodynamischen Gebilde. Durch die Expansion von Gasen wird mechanische Arbeit geleistet, wie bei einem Motor. Es gibt übrigens Parallelen zwischen dem drehenden Knödel und so manchem Perpetuum mobile: Dieses besteht häufig aus Rädern, die sich durch minimale Temperaturunterschiede an einer Seite ausdehnen und so zu drehen beginnen. Doch bevor Sie jetzt der Idee erliegen, man könne die Welt durch selbstdrehende Knödelmaschinen retten: Auch beim Knödel gelten die klassischen Gesetze der Physik!
2Warum bildet sich Haut auf der erhitzten Milch?
»Ihhh …!« Der Blick in die Tasse wirkt verzweifelt, und im ersten Moment könnte man meinen, im frischen Kakao der Tochter schwimme etwas Entsetzliches. »Das ist doch nicht schlimm, das ist nur die Haut auf der Milch«, schüttelt Opa verständnislos den Kopf. In den folgenden Minuten gibt es eine ausgiebige Diskussion über den Ekel mancher Menschen vor der dünnen Hautschicht auf der Milch oder dem Pudding. Oma findet die Puddinghaut besonders lecker, und Opa erzählt irgendwann vom Krieg und dass es damals nichts zu essen gab. Die Eltern versuchen mit vorgetäuschtem Verständnis die Kleine zu beruhigen. Mit einem Sieb wird der Kakao gefiltert, doch es bleiben kleine Flocken im Getränk übrig. Am Ende wird Großvater den Kakao trinken, und Töchterchen bekommt eine neue Tasse.
Haut auf der Milch ist in vielen Familien ein Thema. Mancher ekelt sich regelrecht vor dem glitschigen Etwas. Der in den vergangenen Jahren in Mode gekommene Milchschaum hingegen gilt als köstlich und schick. Dabei ist er im Grunde nichts anderes.
Milch ist eine sehr nahrhafte Flüssigkeit. Immerhin ernähren wir uns zu Beginn des Lebens ausschließlich davon. Nicht nur für uns, sondern für alle Säugetiere ist sie das Lebenselixier der ersten Monate oder Jahre. Neben Wasser enthält frische Milch Fett, Milchzucker und zu etwa 3,5 Prozent Eiweißstoffe, sogenannte Kaseine und Molkeproteine.
Wenn wir genau hinsehen, können wir einige dieser Bestandteile sogar erkennen: Lässt man frische Milch ruhig stehen, entdeckt man auf der Oberfläche kleine Öltröpfchen, das Milchfett.
Wird die Milch nun erhitzt, dann verändert sich vor allem die Struktur der Eiweißstoffe. Die mikroskopisch kleinen fadenförmigen Moleküle sind anfangs zu kleinen Kügelchen aufgerollt, die wie Wollknäuel aussehen, und schwimmen frei in der Milch. Mit steigender Temperatur beginnen sie sich zu entfalten. Bei etwa 75 °C wird die Knäuelstruktur aufgehoben.
Etwas Ähnliches sieht man beim Eiweiß: Auch hier handelt es sich um ein mehrfach ineinandergefaltetes Protein, das sich beim Erhitzen verändert und fest wird. Das Eiweiß denaturiert, wie der Fachmann sagt.
Übrigens: In unserem Blut finden sich ebenfalls jede Menge Eiweißstoffe, und bei extrem hohem Fieber kann es daher gefährlich werden. Ab 42 °C verändern auch diese Eiweißmoleküle ihre Struktur, und somit sterben lebenswichtige Körperzellen, was für den Patienten tödlich enden kann.
Zurück zur Milch auf dem Herd: Sobald sich die Molekülfäden »entknäueln«, geben sie viele Stellen frei, an denen andere Fäden ansetzen können, und so bildet sich schnell ein feines und festes Netz aus Eiweißstoffen, in das sich die oben schwimmenden Fetttröpfchen einlagern. Wann und wie dieses Netz entsteht, hängt von einer ganzen Reihe von Faktoren ab: vom Fett- und Eiweißgehalt der Milch, vom Grad der Homogenisierung und auch vom Prozess des Abkühlens an der Oberfläche.
Da dieses Eiweiß- und Fettnetz leichter ist als Wasser, schwimmt es oben, wodurch auf der heißen Milch eine Haut entsteht.[1] Beginnt nun die Milch unter dieser Haut zu kochen, dann steigen unentwegt Wasserdampfbläschen von unten nach oben, die von der feinen Haut festgehalten werden. Da immer mehr Bläschen nachrücken, drücken sie die Haut nach oben, und die Milch kocht irgendwann über.
Wenn man hingegen mit dem Schneebesen kräftig rührt, wird die Haut ständig zerstört, und das gefürchtete Überkochen bleibt aus.
Bei der geschäumten Cappuccino-Milch sorgt eben jene Haut dafür, dass der Schaum stabil bleibt und nicht so schnell in sich zusammenfällt. Beim Schäumen werden jede Menge Luftbläschen in den Eiweißnetzstrukturen der Milch eingeschlossen.
Der geliebte Milchschaum ist also eigentlich nichts anderes als Haut mit eingeschlossenen Luftbläschen. Die Flocken im Kakao und der Schaum auf dem Cappuccino sind im Prinzip dasselbe.
Wir Menschen verhalten uns schon etwas seltsam, oder? Gleicher Inhalt, nur eine andere Form – und schon sagen wir anstatt »Ihhh«: »Mhhh, lecker!«
3Was passiert beim Popcorn?
Heutige Kinoparks hinterlassen in mir das entwürdigende Gefühl von Massentierhaltung. In langen Schlangen wird man als Besucher an piepsenden Kassen vorbeigeschleust, und bevor man in Kino 5 mit einem überlangen Werbeblock konfrontiert wird, zieht die Herde zunächst vorbei am Popcornstand. Allein die Portionsgrößen haben inzwischen solch drastische Ausmaße angenommen, dass ich mich immer wieder frage, wie ein Normalsterblicher einen prallgefüllten Eimer während eines einzigen Spielfilms verdrücken kann. Wie auch immer – in der darauffolgenden Stunde wird geschossen, geknistert und gekaut, und am Ende überlebt zwar der Held, aber der Eimer ist leer. Wundersame Filmwelt!
Entscheidend für die »luftige Verwandlung« sind nämlich zwei Faktoren: das sich aufheizende Wasser, das im Innern des Kornes einen hohen Druck erzeugt, und die vergleichsweise harte Schale des Maiskorns, die dem steigenden Innendruck zunächst standhält.
Im Innern der Körner befindet sich neben der eigentlichen Maisstärke auch Wasser. Beim Erhitzen wird dieses Wasser zwar über 100 °C heiß, wird aber nicht zu Dampf, da die Schale wie ein geschlossener Dampfkochtopf wirkt und keine Möglichkeit der Ausdehnung bietet. Druck und Temperatur im Korn steigen, bis die Schale aufplatzt. In diesem Moment kommt es im Innern zu einem schlagartigen und hörbaren Druckabfall. Das zuvor noch überhitzte Wasser verwandelt sich nun explosionsartig in Wasserdampf. Bei den hohen Temperaturen sind die Stärkemoleküle fast flüssig und reißen auseinander. Aufgrund der gewaltigen Ausdehnung – der Dampf nimmt immerhin das 1600-fache Volumen der Wassertropfen ein – fällt die Temperatur rapide ab, die Stärkefäden erkalten sogleich und verbinden sich zu einem stabilen Netz. Darin hat der Wasserdampf unzählige Hohlräume gebildet. Aus dem Korn ist ein fester Schaum geworden: Popcorn.
Popcorn folgt den gleichen physikalischen Gesetzen, die auch den Ausbruch von Geysiren bestimmen. Statt der harten Schale sorgt hier eine tiefe Wassersäule dafür, dass zunächst genügend Druck aufgebaut wird und das heiße Wasser in der Tiefe nicht verdampft. Erst wenn das Wasser nach oben entweicht, fällt der Druck in der Säule ab. Das überhitzte Wasser wird zu Dampf, die Säule wird noch leichter, weiteres Wasser verdampft, und durch diese Kettenreaktion entsteht die Fontäne. Nach dem Ausbruch fließt das Wasser zurück und kühlt sich ab. Einige Zeit später ist die Wassersäule erneut gefüllt, und das Schauspiel beginnt von vorn. Der bekannteste Geysir faucht mit großer Regelmäßigkeit im Yellowstone-Nationalpark in den USA. Man hat ihn »old faithful« getauft, der alte Getreue. Seine mittlere Ausbruchszeit beträgt etwa 90 Minuten, also normale Spielfilmlänge.
Warum aber kann man nicht aus allen Körnern Popcorn machen?
Wasser und Stärke sind in vielen Körnern enthalten, außer mit Mais klappt dieses Aufschäumverfahren auch mit Puffreis oder mit Gerste. Der Trick ist die harte Schale. Ist die Schale zu weich, kann sich kein entsprechender Druck aufbauen, und das Wasser verdampft zu langsam. Guter Popcornmais hat also eine dünne, besonders harte und geschlossene Schale.
Wie beim Filmhelden lautet auch hier das Rezept: harte Schale und weicher Kern!
4Warum kochen die Profis mit Kupfer?
Ich staune immer wieder über exquisite Küchen in den Schaufenstern der Fachgeschäfte. Manche erinnern mich an sterile Operationssäle, andere wiederum wirken in ihrem hochglänzenden Design so edel, dass sie fürs Kochen irgendwie zu schade scheinen. Wahrscheinlich wird in solchen Protzküchen ohnehin nicht gekocht, mal abgesehen vom Einsatz der Mikrowelle … In Profiküchen brodelt und dampft es unentwegt, und niemand schert sich um die Farbe der Wandfliesen. Es dreht sich alles um Pfannen und Töpfe, die in der Haute Cuisine erstaunlich oft aus Kupfer bestehen. Aber was ist das Besondere daran?
Viele Profis kochen immer noch auf Gasherden. Die Gasflamme ist schnell und nicht so träge wie übliche Kochplatten. Es gibt da jedoch ein Problem: Die Flamme ist sehr heiß, und in einem normalen Topf aus Edelstahl wirkt die Hitze punktuell, so dass das Essen gerne anbrennt. Auf der Flamme wird der Topf am Boden glühend heiß, doch am Rand bleibt er kühl. Vergleicht man Edelstahl- und Kupfertopf, so erkennt man, dass sich die Wärme beim Kupfertopf sehr viel gleichmäßiger über den gesamten Topf verteilt. Obwohl der Rand nicht direkt mit der Flamme in Kontakt steht, ist er beim Kupfertopf fast genauso heiß wie der Boden. Kupfer leitet die Wärme erheblich besser als Stahl. Ich habe es einmal in einem Versuch mit einer Stange aus Stahl und einer aus Kupfer probiert:
An einem Ende der Stange befindet sich eine Flamme, am anderen ein Stück Butter. Beim Kupfer erkennt man, dass die Butter sehr schnell zu schmelzen beginnt, die Stahlstange hingegen lässt die Butter im wahrsten Sinne des Wortes »kalt«. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist rund zehnmal so groß wie die von Stahl.
Kupfer ist ideal, wenn es darum geht, Wärme möglichst gleichmäßig zu verteilen. Kein Zufall also, dass es überall in den Profiküchen zu finden ist, auch bei den polierten Kupferkesseln in den Sudhäusern von Brauereien.
Auch in zahlreichen technischen Installationen von Kühlschellen bis hin zu Wärmetauschern ist Kupfer aufgrund seiner exzellenten Wärmeleitfähigkeit das Element der Wahl. Nur Silber ist noch besser, und in der Küche meiner indischen Großmutter gab es tatsächlich Töpfe aus Silber!
Seinen Namen erhielt Kupfer übrigens von der Insel Zypern: Im Altertum versorgte die Mittelmeerinsel Griechenland, Rom und andere mediterrane Länder mit dem roten Metall. Die Römer bezeichneten es daher als »Erz aus Zypern«, auf Lateinisch »aes cyprium«, später als »cuprum«. Der lateinische Begriff steht heute noch hinter dem Kürzel Cu, mit dem Kupfer im Periodensystem der Elemente erscheint.
Und jetzt wissen Sie, warum Kupfer auch das Element der Haute Cuisine ist!
5Was bedeutet »rostfrei«?
Ist Ihnen beim Gang durch historische Museen schon einmal aufgefallen, dass es wunderbare alte Exponate aus Kupfer, Gold und Bronze gibt, jedoch kaum alte Eisenskulpturen?
Der Grund hierfür ist die unterschiedliche Schmelztemperatur der Metalle. Gold und Kupfer werden bei Temperaturen von knapp über 1000 °C flüssig (Gold 1064 °C, Kupfer 1084 °C) und Bronze schon bei unter 1000 °C, wohingegen Eisen erst bei 1538 °C zu schmelzen beginnt. Die Temperaturen, die Schmelzöfen erreichen konnten, waren lange Zeit begrenzt und bestimmten somit die Auswahl der Metalle der jeweiligen Zeit: Kupferzeit, Bronzezeit, und erst sehr viel später folgte dann die Eisenzeit.
Unsere heutige Industriegesellschaft wäre ohne Eisen und Stahl nicht denkbar: Hochhäuser, Brücken, Autos, Waschmaschinen oder Küchenbesteck bestehen zu großen Teilen aus Stahl.
Stahl wird aus Roheisen gewonnen. Der hohe Kohlenstoffanteil im Roheisen von etwa 4 Prozent bedingt seine hohe Sprödigkeit. Wenn man Roheisen erhitzt, wird es plötzlich weich und ist daher nicht schmiedbar. Man kann Roheisen jedoch zum Gießen verwenden.
In den Stahlwerken wird Sauerstoff in das geschmolzene Roheisen geblasen. Der Sauerstoff verbindet sich mit dem Kohlenstoff und entweicht als Kohlendioxyd. Durch dieses »Frischen«, wie man es nennt, verringert sich der Kohlenstoffanteil auf 0,2 bis 1,7 Prozent. Dieser einfache Stahl lässt sich zwar bearbeiten, doch es gibt immer noch ein Problem: Der Sauerstoff aus der Luft greift das Eisen an. Das Ergebnis ist Rost.
Wie groß die Liebe zum Sauerstoff ist, können Sie leicht testen: Wenn man Eisenwolle anzündet, brennt sie ohne Probleme. Übrig bleibt Eisenoxyd, also »Rost«. Reines Eisen reagiert sogar so intensiv mit dem Sauerstoff in der Luft, dass es sich von selbst entzündet.
Durch Beimischung von Zusätzen können die Stahlkocher die Eigenschaften des Stahls verändern. Chrom ist zum Beispiel ein solcher Legierungszusatz. Er macht den Stahl rostfrei, indem er auf der Oberfläche eine feine und schützende Schicht aus Chromoxyd entstehen lässt. Das Eindringen des aggressiven Sauerstoffs wird somit verhindert. Streng genommen dauert es zumindest sehr viel länger, bis der Stahl rostet, denn hundertprozentig rostfrei bekommt man ihn nie.
Heute gibt es Hunderte von unterschiedlichen Stahlsorten, und jedes Jahr wird die Palette erweitert: von einfachen Baustählen bis hin zu komplexen Spezialstählen, die selbst hohen Temperaturen oder ätzenden Säuren widerstehen. Aus dieser Perspektive betrachtet leben wir eigentlich im Edelstahlzeitalter.
6Warum verändert sich der Ton, wenn man im Cappuccino rührt?
Machen Sie’s sich gemütlich! Genießen Sie einen frischen Cappuccino mit geschäumter Milch, oder, wenn Sie lieber Tee trinken, nehmen Sie sich einen Tee mit einem Löffel Zucker. Fällt Ihnen beim Umrühren etwas auf?
Hören Sie genau hin: Beim Umrühren verändert sich der Ton! Dieses kleine Detail taucht immer wieder auf, ob bei Cappuccino mit Milchschaum, Tee mit Zucker oder auch Kakao mit Sahne. Selbst wenn man, was wohl eher selten vorkommt, in einem Bierglas rührt und anschließend gegen das Glas klopft, kann man es deutlich vernehmen: Der Ton ändert sich. Zunächst klingt es tief, mit der Zeit jedoch immer heller.
Wenn Sie mit einem Löffel gegen ein Glas klopfen, wird das Glas in Schwingungen versetzt. Ein leeres Glas klingt dabei deutlich höher als ein gefülltes. Die Ursache dieses Unterschieds ist leicht zu verstehen: Die Schwingungen des Glases übertragen sich auch auf den Inhalt. Durch die Flüssigkeit im Glas wird jedoch mehr Masse hin und her bewegt als beim leeren Glas. Das Ergebnis: Der Ton ist tiefer, denn die Eigenfrequenz des vollen Glases ist niedriger. Mit unterschiedlich gefüllten Gläsern kann man die Töne einer Tonleiter erzeugen und Musik machen.
Doch jetzt wiederholen wir das Experiment mit Cappuccino.
Obwohl die Flüssigkeitsmenge gleich bleibt, verändert sich die Tonhöhe: Beim Klopfen ist der Ton zunächst tief, doch je mehr Milchschaum sich auflöst, desto höher klingt der Ton.
Anfangs werden viele Schaumbläschen in den Cappuccino eingerührt. Die Schallwellen passieren also ein Gemisch aus Flüssigkeit und Luftbläschen. Dabei erklingt ein tiefer Ton. Mit der Zeit steigen die Bläschen nach oben, und die Schwingungen des Tassenbodens passieren auf ihrem Weg durch die Flüssigkeit immer weniger Luftbläschen. Der Ton wird dann eindeutig heller!
Das Phänomen hängt also mit der Luft-Flüssigkeits-Mischung zusammen. In der Tat ändert sich die Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Art des Mediums: Wenn der Schall sich in einem Medium ausbreitet, dann stoßen sich die Moleküle gegenseitig an. Auf diese Weise dehnt sich die Schallwelle im Medium aus. In Gasen, wie zum Beispiel Luft, breitet sich der Schall eher langsam aus, denn Gase lassen sich gut komprimieren. Die Übertragung von Molekül zu Molekül erfolgt langsamer. Unter Wasser hingegen sind die Moleküle wesentlich dichter gepackt, und so durchlaufen Schallwellen das Wasser etwa viermal so schnell wie die Luft.[2] Es macht also einen großen Unterschied, ob Schallwellen Luft oder Flüssigkeit passieren, denn je höher die Schallgeschwindigkeit im Medium, desto höher die Frequenz der Schallwelle, also ihre Tonhöhe.
Nach dem Umrühren beginnen die Schaumbläschen aufzusteigen, bis irgendwann alle oben angekommen sind. Die Zahl der Luftbläschen in der Flüssigkeit nimmt also mit der Zeit ab, und die Schallwellen passieren immer weniger Luft und immer mehr Flüssigkeit. Während des Klopfens ändert sich also im umgerührten Cappuccino die Schallgeschwindigkeit und wird immer größer! Und das kann man hören – am heller werdenden Ton.
Dasselbe Phänomen findet sich, wenn man Zucker in den Tee gibt. Während sich der Zucker auflöst, steigen ebenfalls kleine Luftbläschen nach oben, und auch hier wird der Ton beim Umrühren mit der Zeit heller.
Was mich persönlich besonders erstaunt, ist die späte Entdeckung dieses Phänomens. Es wurde jahrzehntelang von Millionen cappuccinotrinkender Menschen überhört. Als die Relativitätstheorie längst entdeckt war und Astronauten bereits ihren Fuß auf den Mond setzten, rührten die Menschen immer noch in Tassen und Gläsern, ohne dass es jemandem auffiel. Erst im Mai 1982 publizierte der Physiker Frank Crawford seinen Artikel »The hot chocolate effect«[3].
Natürlich ist die Physik der klingenden Tasse weit komplizierter als das einfache Modell, denn die Resonanzfrequenzen der Tasse und die Ausrichtung der Wellenfronten spielen auch noch eine Rolle. So klingt es anders, wenn man die Tasse statt auf dem Boden seitlich anschlägt. Inwieweit der Luftanteil in der Flüssigkeit und die Temperatur auf die Tonhöhe einwirken, beziehungsweise ob die Physik bei halbvollen Tassen noch greift, ist ebenfalls nicht endgültig geklärt. Kluge Physiker haben inzwischen ganze Abhandlungen über spektrale Klangveränderungen gefüllter Kaffeetassen verfasst und sogar die Ausbreitung der Wellen mit speziellen Messgeräten analysiert. Da soll noch einer sagen, im Alltag gebe es nichts zu entdecken!
7Die Isolierkanne: Warum bleibt Heißes heiß und Kaltes kalt?
Thermoskannen sind praktisch. Der Kaffee bleibt lange heiß, und im Sommer bleibt die Limonade lange kühl. Doch wie genau funktioniert eine Thermoskanne?
Wenn Sie heißes Wasser in einen Krug füllen, geht die Wärme schnell verloren. Zunächst heizt der warme Kaffee die kältere Wand der Kanne auf. Hierdurch kühlt sich die Flüssigkeit ab. Diesen Verlust kann man etwas kompensieren, indem man den Kaffee in eine angewärmte Kanne gibt.
Die Moleküle der Umgebungsluft treffen nun auf die heiße Oberfläche der Kanne und entziehen dem Gefäß Energie. Die Luft heizt sich auf und steigt nach oben. Dadurch strömt neue kalte Luft nach, erhitzt sich wieder, und so beginnt die Kanne durch den unmittelbaren Kontakt mit der Außenluft schnell abzukühlen. Dieser Konvektionsverlust lässt mit der Zeit den Inhalt abkühlen, und schon bald ist der Kaffee kalt. Nach genau diesem Prinzip blasen wir zum Beispiel heiße Speisen an, um sie zu kühlen. Wickelt man die Kanne hingegen in eine schützende Decke, mindert man den Konvektionsverlust. In England werden daher traditionell Teekannen in bunte Stoffhüllen gepackt.
Durch die Beschaffenheit des Gefäßes und den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft geht also Energie verloren. Bei der Thermoskanne hat man diese Lecks auf clevere Weise minimiert: Der Behälter in der Thermoskanne besteht aus dünnem Glas. Schon beim Einfüllen geht daher nicht so viel Wärme für das Aufheizen des Gefäßes verloren, denn das dünne Glas nimmt wesentlich weniger Wärme auf als zum Beispiel ein dicker Keramikkrug. Der eigentliche Trick der Thermoskanne besteht jedoch darin, dass das dünne Glasgefäß doppelwandig ist und über ein Vakuum verfügt.
In modernen wärmedämmenden Fenstern nutzt man ebenfalls Doppelglasscheiben. Zwischen den Scheiben befindet sich Luft, denn Luft ist ein wesentlich besserer Isolator als Glas. Der Luftraum zwischen den Scheiben wirkt dabei wie eine Dämmschicht. Zwei dünne Scheiben mit Luft dazwischen halten die Wärme sehr viel besser als eine einzelne dicke Glasscheibe. Doch bei näherer Betrachtung kann man die Sache noch verbessern: Die Luftmoleküle im Zwischenraum erhitzen sich an der wärmeren Innenscheibe und geben die Wärme an die Außenscheibe ab. Innerhalb der Doppelglasscheibe entsteht also auch ein Konvektionsstrom. Kluge Ingenieure haben daher einen idealen Abstand im Doppelglas berechnet, bei dem immer noch genügend Luft als Isolator vorhanden ist und trotzdem der Konvektionskreislauf möglichst klein bleibt.
Ideal wäre ein Vakuum zwischen den Scheiben, doch für derartige Fensterscheiben wären die Produktionskosten enorm.
Durch das Vakuum in der Thermoskanne gibt es im Innenraum keine Luftmoleküle und somit auch keinen Wärmetransport zwischen der Innen- und der Außenwand. Ein Vakuum ist daher der beste Isolator überhaupt.[4]
Und an noch einen Punkt hat man gedacht: Auffällig bei der Isolierkanne ist die verspiegelte Oberfläche, und auch sie hat ihren Grund: Jeder heiße Körper gibt nicht nur Wärme über den direkten Kontakt mit der Umgebungsluft ab, sondern auch einen Teil seiner Energie in Form von Wärmestrahlung. Jeder kennt das Phänomen: Der heiße Ofen strahlt auch, wenn man ihn nicht direkt anfasst. Die Innenverspiegelung macht die Kanne zu einem Gefängnis für die Wärmestrahlung. Weltraumsonden sind genau aus diesem Grund oft mit einer reflektierenden Folie umgeben, denn ansonsten würde die Sonnenstrahlung die Satelliten extrem aufheizen.
Mithilfe einer Wärmebildkamera erkennt man den spektakulären Unterschied: Die Glaskanne strahlt, wohingegen die Isolierkanne außen kalt ist.
Natürlich muss man die Kanne auch fest verschließen, denn sonst entsteht ein weiteres Leck für die Wärme. Das Prinzip der Isolierkanne wurde bereits im 19. Jahrhundert vom schottischen Physiker James Dewar entwickelt. Erst mithilfe des »Dewar-Gefäßes« war es möglich, eiskalte flüssige Luft zu lagern. Heute gibt es solche Gefäße in jedem Labor und in jeder Küche: mit Doppelwand, Vakuum und verspiegelter Oberfläche. Die Physik dahinter ist aber kein kalter Kaffee!
