Physikalische Grundlagen Aquacontrol 102

Wie wir jeden morgen beim Frühstück ausprobieren können, steigt eine Flüssigkeit, z.B. Kaffee innerhalb eines festen Körpers, z.B. Würfelzucker ohne äußeres zutun nach oben.

Ursache dieses Phänomens sind Adhäsions- (also Grenzflächenhaftung unterschiedlicher Stoffe) und Kohäsionskräfte (innerer Zusammenhalt der Moleküle). Diese Kräfte wirken in den Kapillaren, deren Durchmesser kleiner als 0,1 mm, also mit dem bloßen Auge nicht mehr erkennbar und bewirken ein Aufsteigen des Wassers.

Die kapillare Steighöhe ist wie folgt zu berechnen:

b(max)= 4o
(d x p x g)

d- innerer Durchmesser der Kapillare in m
p- Dichte des Wassers 1000 kg/m3
g- Fallbeschleunigung der Erde, 10 m/s2
o- Oberflächenspannung des Wassers 0,075 N/m

Bei einem Kapillardurchmesser von 0,01 mm beträgt die Steighöhe etwa 3m, also bis ins 1.OG!

Je feiner die Kapillaren, desto höher ist die mögliche Steighöhe. Die verwendeten Baustoffe der Wände haben also darauf ebenfalls Einfluss. Allerdings ist diese Kapillarität nicht die einzige Kraft die einen Transport von Flüssigkeiten im Mauerwerk möglich macht. Andere Faktoren wie Temperatur- und Druckunterschiede, Sättigung, Spannung, verschiedene pH-Werte, Strahlungseinflüsse usw. haben ebenfalls Einfluss. Ist der Salzgehalt im Mauerwerk sehr hoch, so bleibt selbst bei Einbau neuer Sperren die Feuchtigkeit in der Wand. Reines Wasser ist normaler Weise nichtleitend. Beim Weg durch die Kapillaren des Erdreichs und der Wand nimmt es jedoch verschiedene Salze wie Chloride, Phosphate oder Sulfate auf. An den Grenzflächen der Kapillaren kommt es beim Vorbeiströmen der Salzlösung zu einer Ladungstrennung und somit zur Ausbildung eines schwachen elektrischen Feldes mit negativer Polarisation oberhalb. Die Salzionen streben unter Mitnahme der Wassermolekühle diesen negativen Pol an und steigen so weiter nach oben. Die Zunahme der Spannung bewirkt eine weitere Zunahme der Steighöhe. Jeder kann mit geeigneten Spannungsmessgeräten im mV – Bereich dies selbst nachprüfen. Ein Strömungspotenzial von ca. 199,5 mV ist nachweisbar.

Erst in der sog. 0-Potentiallinie ist der normale Ausgleich gegeben, nur eben bis zu 3m über dem Boden. Der gesamte Bereich darunter ist mit Feuchtigkeit belastet.

Das physikalische Grundprinzip, mittels elektrischer Ladungsunterschiede einen Stofftransport zu ermöglichen ist nicht neu. Vor über 100 Jahren entdeckt, ist es heute in vielen Anwendungen, wie Medizin oder Wassertechnik zu finden. Die entsprechenden physikalischen Vorgänge sind hinreichend erforscht und in vielen Experimenten nachgewiesen. Der Versuchsaufbau ist so einfach, dass er in praktisch jedem Physiklabor der Schulen durchgeführt werden kann.

Die Richtung und die Geschwindigkeit der elektroosmotischen Flüssigkeitsströmung folgt der sog. Coehnsche Regel (von 1898):

V= (Er x Eo x U x Z)
(Eta x l)
V- Geschwindigkeit der Lösung
Er- rel. Dielektrizitätskonstante des Stoffes
Eo- abs. Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit
U- angelegte Spannung in Volt

Je höher die anliegende Spannung, umso größer ist demzufolge die Geschwindigkeit des Lösungstransportes. Die Grenzen sind jedoch durch Sicherheitsanforderungen und den Normen und Empfehlungen der elektro- magnetischen Verträglichkeit (EMV) und des VDE vorgegeben. Das Wasser mit den darin gelösten Salzen (H+) bewegt sich damit in Richtung Kathode.

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