Angenommen ich habe einen Schnellkochtopf mit dem Volumen 60 ml und fülle ihn mit 50 ml 4°C warmem Wasser (ja, das sind unrealistische Volumina für einen Schnellkochtopf, aber es geht ja um die Theorie).
Der Schnellkochtopf ist vollständig dicht, nichts kann aus ihm entweichen, und sein Volumen ändert sich nicht.
Jetzt erhitze ich den Schnellkochtopf auf 201,4 °C, bzw. 474,55 K.
Wie berechne ich jetzt den Druck, der dadurch auf den Schnellkochtopf wirkt?
Meine eigenen Gedanken:
Erstmal befinden sich in dem Topf mit dem Volumen von 60 ml neben den 50 ml ja auch noch 10 ml Luft in dem Topf. Da bei gleichbleibender Stoffmenge für ein ideales Gas gilt (Druck*Volumen)/Temperatur = konstant ergibt sich:
100 kPa*0.000010 m³/277,15 K = p*0,000010 m³/474,55 K
p = 171,23 kPa. Durch die Temperaturerhöhung auf 201,4 °C ist der Druck in den 10 ml Luft in dem Topf also um ca. 0,71 bar gestiegen.
Jetzt fängt aber auch das Wasser in dem Topf an zu sieden. Der Sättigungsdampfdruck von Wasser bei 201,4 °C beträgt 16 bar. Der Sättigungsdampfdruck ist ja der Druck, der auf ein flüssiges Medium herrschen muss, damit genauso viele Moleküle des flüssigen Mediums in die Gasphase übergehen, wie von der Gasphase in die flüssige Phase übergehen. Das bedeutet, dass bei 201,4 °C das Wasser solange weiter sieden wird, bis so viel Wasser in die Gasphase übergegangen ist, dass das Gas aus Luft und Wasserdampf über dem flüssigen Wasser insgesamt einen Druck von 16 bar auf das flüssige Wasser ausübt.
Aber bedeutet das jetzt automatisch, dass bei 201,4 °C diese 50 ml Wasser zusammen mit den 10 ml Luft in dem 60 ml Topf auf jeden Fall einen Druck von 16 bar erzeugen werden?
Was, wenn die 50 ml Wasser gar nicht ausreichen, um einen Druck von 16 bar zu erzeugen, selbst wenn sie vollständig zu Wasserdampf werden? Woher weiß ich, dass die 50 ml ausreichen werden, um 16 bar zu erzeugen?
Was, wenn z. B. nur 5 ml Wasser in dem Behälter wären, wie groß würde dann der Druck in dem Behälter bei 201,4 °C werden?
Hier würde ich mich sehr über ein paar Tipps freuen, wie man ausrechnet, wie groß der Druck in einem geschlossenen Behälter mit Wasser abhängig von dem Volumen des Wassers im Topf, der Temperatur des Topfinhaltes, und des Topfvolumens berechnet werden kann.
