OT: Physik der Gase

[Tom]

Hello,

Kann mir jemand eine einfache Antwort darauf geben, wieviel Watt man maximal und typisch aus einem Gasvolumen X mit dem Druck Y ziehen kann? Die tatsächlier Energiemenge scheint ja doch erheblich von 'Adiabatenkurven', zeitlichem Verhalten, Außentemperatur, Wärmeleitfähigkeit des Transfergerätes (Ausdehnung), Stöungsverhalten etc abzuhängen.

Ich habe da schon seitenweise Goolge- und metager-Links, mit denen ich leider nicht viel anfangen kann. Ein Profi aus diesem Bereich würde mir mehr helfen

Harzliche Grüße aus http://www.annerschbarrich.de

Tom

[Avalon]

Kann mir jemand eine einfache Antwort darauf geben, wieviel Watt man maximal und typisch aus einem Gasvolumen X mit dem Druck Y ziehen kann? Die tatsächlier Energiemenge scheint ja doch erheblich von 'Adiabatenkurven', zeitlichem Verhalten, Außentemperatur, Wärmeleitfähigkeit des Transfergerätes (Ausdehnung), Stöungsverhalten etc abzuhängen.

Aus wissenschaftlicher Sicht ist die ideale Maschine für einen thermodynamischen Kreisprozeß die Carnot-Maschine. Der maximale Wirkungsgrad für einen thermodynamischen Prozeß ist somit der Carnot-Wirkungsgrad, der aber in der Realität nicht erreicht wird.

Aufgabe der Ingenieure ist es die Maschinen soweit zu optimieren, daß sie dem Carnot-Wirkungsgrad möglichst nahe kommen.

MfG
Avalon

[FrankieB]

Hi,

Kann mir jemand eine einfache Antwort darauf geben, wieviel Watt man maximal und typisch aus einem Gasvolumen X mit dem Druck Y ziehen kann?

nein, eine einfache Antwort gibt es sicherlich nicht, weil das eine real sehr komplexe Angelegenheit ist.

Die tatsächlier Energiemenge scheint ja doch erheblich von 'Adiabatenkurven', zeitlichem Verhalten, Außentemperatur, Wärmeleitfähigkeit des Transfergerätes (Ausdehnung), Stöungsverhalten etc abzuhängen.

Energie != Leistung (Arbeit("abgegebene Energie")/Zeit)

Bei Gasen ist immer die Enthalpie entscheidend. Enthalpie setzt sich zusammen aus innerer Energie (cV*m*dT) und dem Produkt aus Druck und Volumen (p*V). Wenn Du willst, nenne es auch Energiepotential.

Und da Leistung als Arbeit/Zeit definiert ist, ist es ganz entscheidend, wie die zeitliche Änderung des Energiepotentials (und unter welchen Rahmenbedingungen ... ganz wichtig!) abläuft, um die Leistung zu bestimmen.

"Ideale" Zustandsänderungen sind z.B.:

isotherm (Temperatur bleibt gleich)
isobar (Druck bleibt gleich)
adiabat (es findet kein Wärmeaustausch statt)
isochor (keine Volumenänderung)

Du hast ja schon einige mögliche Einflussgrössen genannt (in der Praxis sind dies natürlich noch viel mehr), daher nimmt man, zumindest um einen einfachen Prozess "realitätsnah" nachzubilden, i.d.R. eine polytrope Zustandsänderung, welche sozusagen einen "Mischmasch" aus den idealen Zustandsänderungen darstellt.

Der in einem anderen Antwortposting angesprochene "Carnot"-Prozeß stellt einen Keisprozeß dar, welcher aus vier idealen Zustansänderungen zusammengesetzt ist: isotherme Ausdehnung (Expansion)- adiabate Ausdehnung - isotherme Verdichtung (Kompression) - adiabate Verdichtung. Unter "idealen" Bedingungen könnte man mit diesem Prozeß den höchsten theor. Wirkungsgrad der Standard-Kreisprozesse erzielen.

Das war jetzt alles nur grob skizziert, wenn Du weitergehende Fragen zu diesem Thema hast kannst Du mir gerne mailen.

Grüsse
Frankie

[Tom]

Hello,

Das war jetzt alles nur grob skizziert, wenn Du weitergehende Fragen zu diesem Thema hast kannst Du mir gerne mailen.

Danke Frankie.
Unter diesen Stichworten werde ich aber nochmal die Suchmaschinen befragen.
Dann wird mir da vielleicht schon einiges klarer.

Harzliche Grüße aus http://www.annerschbarrich.de

Tom

[MudGuard]

Hi,

Kann mir jemand eine einfache Antwort darauf geben, wieviel Watt man maximal und typisch aus einem Gasvolumen X mit dem Druck Y ziehen kann?

Das hängt unter anderem auch von der Temperatur des Gases ab.

cu,
Andreas

[at]

Hallo.

Das hängt unter anderem auch von der Temperatur des Gases ab.

Vielleicht so um die 37°C.
MfG, at

[MudGuard]

Hi,

Das hängt unter anderem auch von der Temperatur des Gases ab.
Vielleicht so um die 37°C.

Vielleicht aber auch 0K?

cu,
Andreas

[Harry]

Holladiewaldfee,

Vielleicht aber auch 0K?

Unwahrscheinlich. Hier kommt die statistische Thermodynamik (und damit die Quantenphysik) ins Spiel und erklärt uns, dass das nicht hinhaut ;-)

Ciao,

Harry

[Tom]

Hello,

Das hängt unter anderem auch von der Temperatur des Gases ab.

Vielleicht so um die 37°C.

Nee, eher über 100°C. Und dann kommt schon wieder der Effekt ins Spiel, dass im Speicherbehälter Wasserreste sein könnten. Aber bei 200 Bar und 120°C dürften die ja noch nicht sieden.

Aber wird Wasser unter so hohem Druck nicht speicherfähiger?

Harzliche Grüße aus http://www.annerschbarrich.de

Tom

[Sven Rautenberg]

Moin!

Nee, eher über 100°C. Und dann kommt schon wieder der Effekt ins Spiel, dass im Speicherbehälter Wasserreste sein könnten. Aber bei 200 Bar und 120°C dürften die ja noch nicht sieden.

Sieden nicht unbedingt, aber du hast es mit feuchter Luft zu tun. Und das ist ein Gasgemisch der Sonderklasse, wegen dem Wasserdampf darin.

Aber wird Wasser unter so hohem Druck nicht speicherfähiger?

Am Wasser ändert sich nichts. Was sollte es denn mehr speichern können?

- Sven Rautenberg

[Tom]

Hello,

Am Wasser ändert sich nichts. Was sollte es denn mehr speichern können?

Z.B. Wärmeenergie.

Wenn man Wasser auf dem Mount Everest erhitzt, findet der Aggregatübergang zu Dampf schon bei ca. 80°C statt. Dadurch kann das Wasser im Zustand "flüssig" weniger Energie speichern. Demnach müsste Wasser unter 200 Bar wesentlich später gasförmig werden, also mehr Energie aufnehmen können.

Harzliche Grüße aus http://www.annerschbarrich.de

Tom

[FrankieB]

Hallo Tom,

Wenn man Wasser auf dem Mount Everest erhitzt, findet der Aggregatübergang zu Dampf schon bei ca. 80°C statt. Dadurch kann das Wasser im Zustand "flüssig" weniger Energie speichern. Demnach müsste Wasser unter 200 Bar wesentlich später gasförmig werden, also mehr Energie aufnehmen können.

Eine kleine Anmerkung am Rande:

Innerhalb eines geschlossenen und isochoren Systems (kann sich nicht ausdehnen) wird Wasser (nur Wasser, keine Dampfphase, d.h. in einem Behälter befindet sich nur Wasser) bei 200 bar _niemals_ gasförmig, auch wenn man Energie (z.B. durch Wärme) zuführt.

Bei Wärmezufuhr gibt 2 Möglichkeiten für das System:

1. Druck bleibt konstant => Volumenänderung
2. Volumen bleibt konstant => Druckänderung

Auf was ich hinaus will ist folgendes:

Lediglich die Temperatur zu erhöhen ohne daß sich gleichzeitig Druck und/oder Volumen ändern geht nicht.

Eine Dampfphase entsteht (für den Ausgangszustand 100% Wasser bei 200 bar in einem geschlossenen Gefäss) übrigens nur für Fall 1).

Grüsse
Frankie

[Tom]

Hello,

Innerhalb eines geschlossenen und isochoren Systems (kann sich nicht ausdehnen) wird Wasser (nur Wasser, keine Dampfphase, d.h. in einem Behälter befindet sich nur Wasser) bei 200 bar _niemals_ gasförmig, auch wenn man Energie (z.B. durch Wärme) zuführt.

Bei Wärmezufuhr gibt 2 Möglichkeiten für das System:

1. Druck bleibt konstant => Volumenänderung
2. Volumen bleibt konstant => Druckänderung

3. oder das System explodiert ;-)
      dann hat man sowohl Volumen- als auch Druck- und Temperaturänderung.

nächster Deckschritt:
Eine völlige Volumenidentität kann man in einem realen System nicht erreichen. Selbst ein dickwandiger, gut dimensionierter Stahlbehälter wird sich um dV vergrößern. Zumal die Temperaturänderung schon im Gefüge des Behälterns ein dx/dT hervorruft.

Nun besteht die Frage, wann diese noch geringfügigen aber vorhandenen Volumenänderungen noch klien genug sicnd, dass das Wasser darin nicht die Dampfphase erreicht. Außerdem kann auch in der Praxis nicht von einem vollständig isothermen Zustand susgegangen werden.

Ich glaube, ich muss doch nochmal Integralrechnung auffrischen :-(

Harzliche Grüße aus http://www.annerschbarrich.de

Tom

[FrankieB]

Hi Tom,

Bei Wärmezufuhr gibt 2 Möglichkeiten für das System:

1. Druck bleibt konstant => Volumenänderung
2. Volumen bleibt konstant => Druckänderung

3. oder das System explodiert ;-)
      dann hat man sowohl Volumen- als auch Druck- und Temperaturänderung.

Meine Aussagen bezogen sich natürlich auf ein "ideales" System, in der Praxis wird ab einem bestimmten Druck bzw. Temperatur 3) sicherlich eintreten ;-)

Aber 3) bestätigt ja 1), und Ausgangspunkt unserer Betrachtungen war ja Wasser bei 200 bar und Wärmezufuhr. Ich wollte eigentlich nur aufzeigen, daß eine wirklich haltbare Aussage dazu nur unter Einbeziehung sämtlicher Randbedingungen getroffen werden kann.

nächster Deckschritt:
Eine völlige Volumenidentität kann man in einem realen System nicht erreichen. Selbst ein dickwandiger, gut dimensionierter Stahlbehälter wird sich um dV vergrößern. Zumal die Temperaturänderung schon im Gefüge des Behälterns ein dx/dT hervorruft.

Natürlich dehnt sich der Behälter aus, aber das Wasser ebenfalls. Solange keine temperatur- und/oder spannungsbedingten Fließvorgänge im Metall (Stahlbehälter) einsetzen (unser "idealer" Behälter hat natürlich weder Schweißnähte noch Schraubverbindungen ;-), ist es auf jeden Fall so, daß sich das Wasser temperaturbedingt stärker ausdehnt als der Stahl. Also wird kein Volumen für den Dampf frei.

Sobald sich aber der erste Dampf bilden kann passiert 3), und zwar an einer Sollbruchstelle (z.B. Schweißnaht).

Grüsse
Frankie

PS: Mein Studium diesbezüglich liegt schon fast 20 Jahre zurück, daher keine Gewähr für meine Aussagen ;-)

[Detlef G.]

Hallo FrankieB

Sobald sich aber der erste Dampf bilden kann passiert 3), und zwar an einer Sollbruchstelle (z.B. Schweißnaht).

Und dann schafft so ein mehrere Tonnen schwerer Behälter locker mehrere
hundert Meter pro Sekunde.

Auf Wiederlesen
Detlef

[Tom]

Hello,

Sobald sich aber der erste Dampf bilden kann passiert 3), und zwar an einer Sollbruchstelle (z.B. Schweißnaht).

Der Aggregatübergang schluckt (bindet) doch aber nun wiederum Energie, was die Temperatur dann senken sollte oder den Druck. Also sollte der Zustand an dieser Stelle eine zeitlang stabil sein, oder?

Harzliche Grüße aus http://www.annerschbarrich.de

Tom

[Sven Rautenberg]

Moin!

Sobald sich aber der erste Dampf bilden kann passiert 3), und zwar an einer Sollbruchstelle (z.B. Schweißnaht).

Der Aggregatübergang schluckt (bindet) doch aber nun wiederum Energie, was die Temperatur dann senken sollte oder den Druck. Also sollte der Zustand an dieser Stelle eine zeitlang stabil sein, oder?

Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand findet statt, wenn zusätzlich zur Energiemenge, die für die Temperaturerhöhung notwendig ist, auch die Energiemenge zum Aggregatswechsel aufgebracht wird. Man kann eine Flüssigkeit durchaus ohne Verdampfung überhitzen - mit dem Resultat, dass der Aggregatswechsel dann bei ausreichenden Störungen (z.B. Erschütterungen, Verunreinigungen) schlagartig geschieht.

Dein Hinweis auf "an dieser Stelle eine zeitlang stabil" ist irrelevant. Wir reden von Druck. Druck ist überall im Gefäß gleich, sonst wäre es kein Druck.

- Sven Rautenberg

[at]

Hallo.

Dein Hinweis auf "an dieser Stelle eine zeitlang stabil" ist irrelevant. Wir reden von Druck. Druck ist überall im Gefäß gleich, sonst wäre es kein Druck.

Ob mit "an dieser Stelle" dasselbe gemeint sein könnte wie "überall im Gefäß"? Aber vielleicht muss man Laie sein, um die Aussage nicht gezielt misszuverstehen.
MfG, at

[Harry]

Holladiewaldfee,

Nee, eher über 100°C. Und dann kommt schon wieder der Effekt ins Spiel, dass im Speicherbehälter Wasserreste sein könnten. Aber bei 200 Bar und 120°C dürften die ja noch nicht sieden.

besorg Dir ein ordentliches Phasendiagramm von Wasser und schau nach ;-) Die passende Gleichung heisst "Clausius-Clapeyron-Gleichung", dann kannst Du die Uebergänge selbst berechnen. Die noetigen Konstanten findest Du sicher irgendwo im Netz, die sind ja nicht wirklich unbekannt.

http://saftsack.fs.uni-bayreuth.de/thermo/claclap.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasser#Thermodynamische_Eigenschaften

Ciao,

Harry

[fk]

Kann mir jemand eine einfache Antwort darauf geben, wieviel Watt man maximal und typisch aus einem Gasvolumen X mit dem Druck Y ziehen kann? Die tatsächlier Energiemenge scheint ja doch erheblich von 'Adiabatenkurven', zeitlichem Verhalten, Außentemperatur, Wärmeleitfähigkeit des Transfergerätes (Ausdehnung), Stöungsverhalten etc abzuhängen.

hier liegt zunächst einmal statische (potenzielle) energie vor. den druck kennst du ja. damit hast du auch die leistung, welche sich im watt ausdrücken läßt.
das hinter dem druck ein volumen hängt, spielt zunächst mal keine rolle.
das der druck von diversen faktoren, welche auf das gasvolumen einwirken, beeinflußt wird ist klar.

die energiemenge ist die arbeit der leistung, oder die bewegungs (kinetische) energie. mit zunehmend abgerufener bewegungsenergie sinkt die statische energie. hier hilft dir die konstante E (2,7xxx) weiter.

[MudGuard]

Hi,

Kann mir jemand eine einfache Antwort darauf geben, wieviel Watt man maximal und typisch aus einem Gasvolumen X mit dem Druck Y ziehen kann? Die tatsächlier Energiemenge scheint ja doch erheblich von 'Adiabatenkurven', zeitlichem Verhalten, Außentemperatur, Wärmeleitfähigkeit des Transfergerätes (Ausdehnung), Stöungsverhalten etc abzuhängen.

Ich habs!
Aus Gasart, Gasvolumen X und Druck Y müßte sich die Masse m des Gases ergeben.

Die daraus erhältliche Menge Energie sollte sich auch berechnen lassen: E = mc²

;-)

cu,
Andreas

[fk]

naja, wir wollen ja nun keine materie in energie umwandeln. das wäre wirklich ein bischen zu viel.

aber vielleicht hilft dir das weiter:

http://www.physik-lexikon.de/viewlexikon2.php?suchwort=Gas

[MudGuard]

Hi,

naja, wir wollen ja nun keine materie in energie umwandeln.

Eine derartige Einschränkung finde ich in der Fragestellung nicht. ;-)

cu,
Andreas

[fk]

hast du schon mal einen luftballon aufgeblasen? und damit musik gemacht?

hast du mal mit einer luftpumpe dein fahrrad aufgepumpt?

wo ist da die kinetische energie hergekommen und geblieben?

welche materie wurde dabei in energie umgewandelt?

[MudGuard]

Hi,

hast du schon mal einen luftballon aufgeblasen? und damit musik gemacht?
hast du mal mit einer luftpumpe dein fahrrad aufgepumpt?
wo ist da die kinetische energie hergekommen und geblieben?
welche materie wurde dabei in energie umgewandelt?

Die Nudeln, die ich vorher gegessen habe! ;-)

cu,
Andreas

[Tom]

Hello,

hast du schon mal einen luftballon aufgeblasen? und damit musik gemacht?
hast du mal mit einer luftpumpe dein fahrrad aufgepumpt?
wo ist da die kinetische energie hergekommen und geblieben?
welche materie wurde dabei in energie umgewandelt?

Die Nudeln, die ich vorher gegessen habe! ;-)

Ihr seid so herrlich bescheuert ;-))
Hier bleibe ich, ich passe dazu *ggg*

Ich will doch nur ein wenig kinetische Energie in einem Druckbehälter speichern und dann später wieder zurückgewinnen, und das mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad. Da darf das Gefäß sogar ein wenig warm werden.

Ich habe da mal einen Bericht über ein kleines Auto gesehen, dass mit Pressluft ca. 200km weit fahren konnte. Und die großen Brüder davon, die Dampfautos, sind echt geile Dinger gewesen. Das hat aber nichts mit klassischer Dampfmaschine zu tun.

Harzliche Grüße aus http://www.annerschbarrich.de

Tom

[fk]

Ich will doch nur ein wenig kinetische Energie in einem Druckbehälter speichern und dann später wieder zurückgewinnen, und das mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad. Da darf das Gefäß sogar ein wenig warm werden.

genau so hatte ich dich auch verstanden.
daher die beispiele.

alles andere wäre eine nummer zu groß.

[at]

Hallo.

hast du mal mit einer luftpumpe dein fahrrad aufgepumpt?

Nein, wie geht das?
MfG, at