Masse von Wasserdampf berechnen?

2 Antworten

Wenn Du noch ein paar Wärmekapazitäten gegeben hast, kann man das ausrechnen — berechne, wieviel Wärme das Eisen bei Abkühlung auf 100 °C abgibt und dann, wie­viel davon das Wasser zur Erwärmung auf 100 °C verbraucht. Dann brauchst Du noch die Verdampfungswärme und kannst berechnen, um Du genug Energie hast, das gan­ze Was­ser zu verdampfen oder nur einen Teil.

Senila4a 
Fragesteller
 01.11.2021, 19:49

Ich hab jetzt für die Wärme von Stahl 3366,2kJ und für die Wärme des Wassers -172,6kJ raus. Wie kann ich weitermachen?

ich hab bei der Gleichung aber auch die Mischungstemperatur berechnet

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indiachinacook  01.11.2021, 20:16
@Senila4a

Wenn Du nichts sagst, was Du gemacht hast und aus welchen Angaben Du es berechnet hast, mag ich über die Sache nicht nachdenken.

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Senila4a 
Fragesteller
 01.11.2021, 20:32
@indiachinacook

Q1= c1*m1*(Theta1-ThetaM)

Q1= 0,47kJ/kg*K * 6kg * (1200°C - 6,3°C)

Q1=3366,2kJ

Q2= 4,2kJ/kg*K * 3kg * (6,3°C - 20°C)

Q2= -172,6kJ

[Die 6,3°C habe ich aus der Richmannsche Mischungsregel.]

Was kann ich jetzt mit den beiden Ergebnissen machen?

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indiachinacook  01.11.2021, 21:06
@Senila4a

Ich nehme an, die 0.47 kJ kg⁻¹ K⁻¹ sind die Wärmekapazität des Eisens. Realisti­scher­weise kann man die über einen so weiten Temperaturbereich wohl nicht als konstant annehmen. Was die 6.3 °C sein sollen, kann ich aber nicht erraten — eine Mischungs­tem­pe­ra­tur kann es wohl unmöglich sein, denn wenn ich irgendetwas von 20 °C mit irgendetwas von 1200 °C zusammenschütte, erwarte ich natürlich eine Temperatur zwischen den beiden Grenzen, nicht außerhalb.

Wie auch immer: Die Mischungstemperatur können wir nicht schnell ausrechnen, weil wir ja einen Phasenübergang berücksichtigen müssen. Also schätzen wir einmal 100 °C und rechnen das aus und sehen nach, ob wir nachbessern müssen.

Wir kühlen m=6 kg Eisen mit spezifischer Wärmekapazität c=0.47 kJ kg⁻¹ K⁻¹ von 1200 °C auf 100 °C um ΔT=1100 K ab. Die dabei freiwerdende Wärmemenge ist Q₁=mcΔT=3.1 MJ.

Damit erhitzen wir m=3 kg Wasser mit Wärmekapazität c=4.2 kJ kg⁻¹ K⁻¹ von 20 °C auf 100 °C um ΔT=80 K, das verbraucht Q₂=mcΔT=1 MJ, und uns verbleiben noch Q₃=Q₁−Q₂=2.1 MJ zum Verdampfen des Wassers.

Dazu brauchen wir die Verdampfungsenthalpie des Wassers; im Internet finde ich dazu 41 kJ/mol bzw. umgerechnet mit der molaren Masse M=18 g/mol werden das 2.3 MJ/kg. Wir haben vom letzten Absatz noch Q₃=2.1 MJ Wärme übrig und können damit 2.1/2.3= 0.93 kg Wasser verdampfen; dabei entsteht Wasserdampf vom Volumen V=mRT/(Mp)=1.6 m³ bei p=1 bar — das ist aber ziemlich theoretisch, denn der Wasserdampf wird bei Kontakt mit der Luft natürlich sofort wieder auskondensieren und Nebel ergeben.

Also bleibe uns 6 kg Eisen und 2.07 kg Wasser im Gefäß, beides bei 100 °C.

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Die Schrauben erhitzen das Wasser und das fängt dann an zu verdampfen. Also hat es dann 100°C und auf die Temperaturen kühlen auch die Schrauben ab:

Q = m * c * ∆T = 6 kg * 0,477 kJ/kg*K * (1200 - 100) K = 3148 kJ

10 % gehen verloren, also bleiben übrig:
3148 kJ * 0,9 = 2833 kJ
um das Wasser zu erwärmen und zu verdampfen.

Zum erwärmen auf 100 °C werden benötigt:
Q = m * c * ∆T = 3 kg * 4,2 kJ/kg*K * 80 K = 1008 kJ

Bleiben fürs Verdampfen übrig:
2833 kJ - 1008 kJ = 1825 kJ

Zum Verdampfen werden benötigt:
Q = q * m
mit q = spezifische Verdampfungswärme = 2260 kJ/kg
m = Q / q = 1825 kJ / 2260 kJ/kg = 0,808 kg = 808 g

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Habe Thermodynamik im Hauptfach studiert.
blurryrainbow  11.11.2021, 18:11

Ich verstehe alles, außer den letzten Abschnitt. Warum muss man für m dann Q/q rechnen, anstatt die 3kg den Wassers zu nehmen. Und was sind die 808g am Ende?

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Hamburger02  11.11.2021, 22:57
@blurryrainbow

Warum muss man für m dann Q/q rechnen, anstatt die 3kg den Wassers zu nehmen.

Man will ja ausrechnen, wievil Wasser in Danmpf verwandelt wird. Die Grundformel fürs Verdampfen ist:
Q = q * m

und das muss man nach m unformen, weil ja die Masse gefragt ist, also ergibt das:

m = Q / q

Wenn man Q und q einsetzt, kommen 0,808 kg raus. Das ist die Wassermenge, die verdampft und 0,808 kg sind 808 g.

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