Quelltext der Seite Trinkvogel

[[Datei:Trinkvogel.jpg|mini|Trinkvogel]]
Ein '''Trinkvogel''', auch '''Wippvogel''', '''Pickvogel''', '''Saufpieper''', '''Schluckspecht''',  '''Trinkstorch''', '''Nickente''', '''Nickvogel''' oder '''Glaskolbenente''', ist ein [[physik]]alisches Spielzeug. Eine als sitzender Vogel gestaltete Wippe senkt sich in regelmäßigen Abständen und taucht dabei den „Schnabel“ in ein bereit gestelltes Wasserglas. Wenig später richtet sich die Wippe auf und der Vogel nimmt wieder seine Ausgangsstellung ein. Nach kurzer Wartezeit wiederholt sich der Vorgang. Es entsteht der Eindruck als ob der Vogel aus dem Wasserglas trinkt. Die für die Bewegung nötige [[Energie]] bezieht der Trinkvogel aus der Verdampfung des seinen Schnabel benetzenden Wassers.

== Aufbau ==
[[Datei:Drinking bird 01 ies.webm|mini|Trinkvogel in Aktion]]
Der Trinkvogel ist in der Regel ein Hohlkörper aus Glas, bestehend aus einem langen Hals, der einen filzüberzogenen Kopf mit einem Bauch verbindet. Der Hohlkörper ist teilweise mit einer farbigen Flüssigkeit, meist [[Methanol]], gefüllt. Der röhrenförmige Hals ragt in den Bauch hinein. Der Vogel liegt drehbar auf einem Gestell. Kippt er weit genug nach vorne, so wird sein Schnabel in ein Wasserglas eingetaucht.

== Funktionsweise ==
[[Datei:Trinkvogel.png|mini|Funktionsweise eines Trinkvogels]]
Das Wasser auf dem feuchten Schnabel [[Verdunstung|verdunstet]] und [[Verdampfungsenthalpie|kühlt]] den Schnabel geringfügig ab. Wegen der verringerten Temperatur [[Kondensation|kondensiert]] Methanoldampf im Kopf und der Druck im Glasrohr sinkt, wodurch die Flüssigkeit im Glasrohr nach oben steigt. Im wärmeren Bauch verdampft Flüssigkeit und stabilisiert dort den Druck. Mit dem Ansteigen der Flüssigkeit hebt sich der [[Massenmittelpunkt|Schwerpunkt]], der Vogel kippt nach vorn, und der Schnabel taucht in das bereitstehende Wasserglas. Gleichzeitig bewegt sich durch die Neigung das untere Rohrende aus der Flüssigkeit im Bauch heraus, sodass die Flüssigkeit aus dem Hals wieder in den Bauch zurückfließt und der Vogel zurück in die Ausgangsposition pendelt.

Der Vogel ist ausschließlich mit einer Flüssigkeit und ihrem eigenen [[Dampf]] gefüllt. In diesem Zustand stellt sich ein [[Druck (Physik)|Druck]] ein, der dem [[Dampfdruck]] bei der entsprechenden Temperatur entspricht. Der Dampfdruck, der für viele Stoffe gut durch die [[Clausius-Clapeyron-Gleichung]] beschrieben werden kann, hängt stark von der Temperatur ab. Die kleine Temperaturdifferenz zwischen dem feuchten Schnabel und dem Bauch reicht daher aus, um die Flüssigkeit ca. 10&nbsp;cm anzuheben.

Der Effekt ist umso größer, je stärker der Dampfdruck der verwendeten Flüssigkeit mit der Temperatur ansteigt. [[Diethylether]] oder [[Dichlormethan]] haben einen starken Druckanstieg, sind aber gesundheitsschädlich. Meist kommt [[Methanol]] zum Einsatz. [[Ethanol]] erzeugt etwa die halbe Druckdifferenz im Vergleich zu Methanol, Wasser ist deutlich schlechter.<ref>Christian Ucke, H. Joachim Schlichting: ''Spiel, Physik und Spaß.'' Wiley-VCH 2011, ISBN 978-3-527-40950-1.</ref>

Der Effekt, dass eine Flüssigkeit im [[Thermodynamisches Gleichgewicht|Gleichgewicht]] mit ihrem eigenen Dampf stark auf Temperaturunterschiede reagiert, wird auch bei der [[Heatpipe]], bei der [[Alkoholuhr]] und beim [[Liebesthermometer]] ausgenutzt.
Wird das Trinkglas mit [[Ethanol|Spiritus]] gefüllt, trinkt der Vogel schneller, weil der Spiritus leichter als Wasser verdunstet und dadurch ein größeres Temperaturgefälle erzeugt. Die Kippbewegung kann auch durch eine gezielte Erwärmung des unteren Körpers mit einem Fön oder durch Wärmestrahlung ausgelöst werden.

Der Trinkvogel ist eine [[Wärmekraftmaschine]], die die Temperaturdifferenz durch [[Verdunstung|Verdunsten]] von Wasser in die Umgebung ausnutzt. Dass bei der Verdunstung eine [[Verdampfungsenthalpie|Temperaturdifferenz]] aufgebaut wird, liegt daran, dass Luft, wenn sie weniger als 100 % [[Luftfeuchtigkeit|relative Feuchtigkeit]] aufweist, bei gleichzeitigem Vorliegen von flüssigem Wasser nicht im [[Thermodynamisches Gleichgewicht|thermodynamischen Gleichgewicht]] ist, also gemäß dem [[Thermodynamik#Zweiter Hauptsatz|2.&nbsp;Hauptsatz der Thermodynamik]] Prozesse ablaufen können, die den Zustand in Richtung des thermodynamischen Gleichgewichts mit 100 % Luftfeuchtigkeit bringen. Aufrechterhalten wird dieses Nichtgleichgewicht durch die Energie der Sonne, die Luftmassen immer wieder erwärmt und abkühlen lässt, sodass die Feuchtigkeit [[Regen|abregnet]] und die Luft dadurch getrocknet wird. In einem [[Abgeschlossenes System (Thermodynamik)|abgeschlossenen System]] erreicht die relative Luftfeuchtigkeit bald 100 %, und der kühlende Verdunstungsprozess kommt zum Erliegen. Dies lässt sich leicht durch eine über den Vogel gestülpte Glasglocke zeigen: Nach einigen Minuten kommt die Bewegung zum Stillstand. Entfernt man die Glocke, beginnt die Bewegung des Vogels wieder.

== Literatur ==
* [[Wolfgang Bürger]]: ''Der paradoxe Eierkocher. Physikalische Spielereien aus Professor Bürgers Kabinett.'' Birkhäuser, Basel u. a. 1995, ISBN 3-7643-5105-5, S. 154–161.
* J. Güémez, R. Valiente, C. Fiolhais, M. Fiolhais: ''Experiments with the drinking bird.'' In: ''American Journal of Physics.'' Bd. 71, Nr. 12, 2003, S. 1257–1267, {{DOI|10.1119/1.1603272}}.
* Christian Ucke, H. Joachim Schlichting: ''Spiel, Physik und Spaß.'' Wiley-VCH 2011, ISBN 978-3-527-40950-1.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Drinking bird|Trinkvogel}}
* [https://www.job-stiftung.de/index.php?id=9,128,0,0,1,0 Trinkende Ente:] Schauversuch (Versuchsanleitung und Video)
* [https://www.youtube.com/watch?v=ZCG3Kb8JYzc Thermodynamische Grundlagen des Wippvogels:] Anschauliche Erklärung in acht Minuten

== Einzelnachweise ==
<references responsive />

[[Kategorie:Physikalisches Spielzeug]]
[[Kategorie:Kraftmaschine]]
[[Kategorie:Fluidkraftmaschine]]
[[Kategorie:Thermodynamik]]
[[Kategorie:Vögel in der Kultur|Vogel]]
[[Kategorie:Wikipedia:Artikel mit Video]]