Gough-Joule-Effekt

Als Gough-Joule-Effekt [ɡɒf dʒuːl] wird das Phänomen bezeichnet, dass unter Spannung stehende Elastomere (wie z. B. Gummi) sich bei Erwärmung zusammenziehen, statt sich wie andere Körper auszudehnen. Der Effekt ist nach John Gough, der ihn 1802 erstmals beobachtete, und James Prescott Joule, der ihn in den 1850er Jahren systematisch untersuchte, benannt. Wenn das Elastomer nicht unter Spannung steht, tritt der Effekt nicht auf.

Demonstrationsexperiment

Der Effekt kann in einem einfachen Experiment demonstriert werden. Es handelt sich dabei um ein Rad mit Gummispeichen. Diese werden mit einer Kohlenbogenlampe lokal beleuchtet, worauf sich das Rad zu drehen beginnt.

Aufbau und Beobachtung

Das Rad ist aus Gummibändern statt metallischen Speichen aufgebaut. Es wird an seiner Achse aufgehängt und lokal werden die Gummibänder erhitzt. Dabei wird eine Bewegung des Rades beobachtet. Das Rad erscheint deswegen auf den ersten Blick als Perpetuum mobile zweiter Art, da man keinen ersichtlichen Grund für diese Bewegung sieht.

Erklärung

Die lokal erhitzten Gummibänder ziehen sich aufgrund der Hitze zusammen, wodurch sich der Schwerpunkt des Rades ein kleinwenig verschiebt. Dadurch liegt nun die Achse des Rades nicht mehr mit dem Schwerpunkt zusammen, wodurch ein Drehmoment M entsteht. Damit beginnt das Rad sich zu drehen. Hier wird also Wärme direkt in Arbeit umgesetzt.

Literatur

• John Gough: A description of a property of caoutchouc, or Indian rubber; with some reflections on the cause of the elasticity of this substance. In: Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester. Second Series. Volume I, 1805, S. 288–295 (Digitalisat).
• James Prescott Joule: On some thermo-dynamic properties of solids. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Volume 149, 1859, S. 91–131, doi:10.1098/rstl.1859.0005 (Digitalisat).
• Clair L. Stong: The amateur scientist. Some delightful engines driven by the heating of rubber bands. In: Scientific American. Volume 224, Nr. 4, April 1971, ISSN 0036-8733, S. 118–122, doi:10.1038/scientificamerican0471-118.
• J. G. Mullen, George W. Look und John Konkel: Thermodynamics of a simple rubber‐band heat engine. In: American Journal of Physics. Volume 43, Nr. 4, April 1975, ISSN 0002-9505, S. 349–353, doi:10.1119/1.9852.
• Beschreibung des Demonstrationsexperiments mit Abbildungen
• Weitere Abbildung des Demonstrationsexperiments