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Physik » Thermodynamik & Statistische Physik » Stoffmodelle in einem Druckkessel mit Wasser und Luft
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Universität/Hochschule Stoffmodelle in einem Druckkessel mit Wasser und Luft
M_Mekre
Junior Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 29.12.2019
Mitteilungen: 7
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2020-01-18


Guten Tag zusammen,
ich tue mich mit dem Verständnis folgender Aufgabe schwer:

Der Druckkessel einer Hauswasserversorgung hat ein Volumen von 1 m³. Davon sind 0,2 m³
mit Luft gefüllt. Der Druck im Behälter beträgt p1 = 4,5 bar, die Temperatur T1 = 20°C. Durch
Wasserentnahme sinkt der Druck langsam, so dass die Temperatur dabei konstant bleibt. Bei
p2 = 1,5 bar wird die Pumpe eingeschaltet und pumpt Wasser in den Kessel. Dabei wird die
Luft so schnell komprimiert, dass der Vorgang als adiabate Verdichtung angesehen werden
kann. Beim Druck p3 schaltet sich die Pumpe aus und nach einiger Zeit, während der kein
Wasser entnommen wird, stellt sich im Behälter wieder der Zustand „1“ ein.
Alle Zustandsänderungen verlaufen reversibel; Wasser und Luft sollen stets als Reinstoffe
behandelt werden.

Skizze :


1. Welches Stoffmodell wählen Sie für die Luft und welches für das Wasser? Welcher der beiden Stoffe ist entscheidend für den Prozess?

2. Stellen Sie den Prozess, den die Luft durchläuft, im p-v-Diagramm dar.

3. Welche Arbeit leistet die Luft bei der isothermen Expansion von p1 auf p2, und wieviel Liter Wasser werden dabei entnommen?

4. Wie groß ist die während des gesamten Vorganges mit der Umgebung ausgetauschte Wärmemenge?

5. Bei welchem Druck p3 schaltet sich die Pumpe aus?


Probleme bereiten mir die Aufgabenteile 1 und 4, den Rest habe ich nur aus Gründen der Vollständigkeit dringelassen:

Bei der 1 weiß ich zwar welche Stoffmodelle ich nutze, aber ich weiß nicht, warum gerade die Luft für den Prozess entscheidend ist (ich denke mal, dass die richtige Antwort die Luft ist, weil sich die nachfolgenden Aufgaben fast nur darauf beziehen).

Für die 4 habe ich leider gar keinen Ansatz: Ich habe lediglich mal gesehen, dass jemand hier den 1.Hauptsatz für die Luft aufstellt, aber ist das richtig und fals ja, was ist mit dem Wasser? Hängt das vielleicht mit Aufgabenteil 1 zusammen?

Soweit meine Gedanken.

Vielen Dank und schöne Grüße



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jacha2
Senior Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 28.05.2013
Mitteilungen: 1025
Aus: Namur
Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2020-01-20


Salut,

bei ...
2020-01-18 23:03 - M_Mekre im Themenstart schreibt: ...
4. Wie groß ist die während des gesamten Vorganges mit der Umgebung ausgetauschte Wärmemenge?
...

Für die 4 habe ich leider gar keinen Ansatz: Ich habe lediglich mal gesehen, dass jemand hier den 1.Hauptsatz für die Luft aufstellt, aber ist das richtig und fals ja, was ist mit dem Wasser? Hängt das vielleicht mit Aufgabenteil 1 zusammen?...
...wird Luft isotherm expandiert, was bedeutet, daß die Arbeit, die sie verrichtet, durch Wärmeentnahme aus dem Reservoir, im wesentlichen das Wasser, aufgebracht wird. Man kann das mit dem 1. HS und der Idealgas-Annahme für die Kesselluft begründen, wenn man diese als geschlossenes System betrachtet.
Bei der adiabaten Kompression wird wohl eine ähnliche Fiktion hinsichtlich der "Systemgrenzfläche" getroffen, indem der Wärmetausch mit der Umgebung vernachlässigt wird. Genaueres müßte eine Betrachtung der Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Wasser zu Luft und zu Metall (welches eigentlich? Zinkblech womöglich) offenbaren.

Adieu




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