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Aufgabe zur Wärmelehre


 
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Mittlere Temperatur :: Fluktuations-Dissipations-Theorem  
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sera



Anmeldedatum: 17.07.2010
Beiträge: 3

BeitragVerfasst am: Sa Jul 17, 2010 7:50 pm    Titel: Aufgabe zur Wärmelehre Antworten mit Zitat

Hallo zusammen,

ich hoffe Ihr könnt mir weiter helfen, schreibe bald Klasur und diese Aufgabe
bekomm ich selbst noch nich hin. Hilfe!!! Shocked

Hier die Aufgabe:

Eine Schale wird bei 20°C Umgebungstemperatur mit Wasser der gleichen Temperatur gefüllt.
Das Wasser verdunstet dann mit einer Rate von 1% Wassermenge pro Stunde.
a) Um wieviel Grad ist das Wasser in der Schale nach 20min abgekühlt?

b) Was ist der Grund dafür, dass die Temperatur des Wassers nicht solange absinkt,
bis das gesamte Wasser verdunstet ist, sondern sich bereits einige Grad unter
Umgebungstemperatur stabilisiert?

c) Ist der Temperaturabfall der Wasserschale in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchte größer,
kleiner oder gleich wie bei niedriger Luftfeuchte? Begründen Sie!


Wenn Ihr was wisst bitte möglichst mit Lösungsweg Wink
Danke!!!!!!
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Hausmann



Anmeldedatum: 04.11.2009
Beiträge: 635

BeitragVerfasst am: Sa Jul 17, 2010 8:39 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Ohne Garantie
[;dQ_V=dm\cdot r=mcdT;\ \frac{dm}{m}=\frac{1}{100}\cdot \frac{dt}{1h}\rightarrow dT=\cdot\cdot\cdot dt;]

_________________
TEX: https://addons.mozilla.org/en-US/firefox/addon/748


Zuletzt bearbeitet von Hausmann am So Jul 18, 2010 1:31 pm, insgesamt einmal bearbeitet
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sera



Anmeldedatum: 17.07.2010
Beiträge: 3

BeitragVerfasst am: So Jul 18, 2010 12:25 pm    Titel: Antworten mit Zitat

...hey Danke, aber versteh ich nich!

Kannst du da vielleicht noch etwas deutlicher und
verständlicher werden, oder jemand anderes? Bitte?!

Die Formeln:
Q=c*m*deltaT
Q_s=q*m
Q_v= r*m

...habe ich und r für Wasser bei 20°C ist lt. Formelsammlung 2450 kJ/kg
q für Wasser bei 20°C ist 334 kJ/kg

Bei a) sollen am Ende 1,95 Kelvin herrauskommmen...

nur weiß ich nich wie ich das zusammen bekommen soll...hilfe!

Ja und b) + c) würde ich auch gern erklärt bekommen!

Bitte Helft mir, ist echt wichtig! Danke! Wink
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Hausmann



Anmeldedatum: 04.11.2009
Beiträge: 635

BeitragVerfasst am: So Jul 18, 2010 1:28 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Differentialrechnung bekannt?
Betrachtet wurde von mir ein Flüssigkeitsteilchen dm, das verdunstet und in der Zeit dt das Wasser um dT abkühlt...
Das Ergebnis stimmt; wir sind also auf dem richtigen Dampfer. Smile

mfG
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sera



Anmeldedatum: 17.07.2010
Beiträge: 3

BeitragVerfasst am: So Jul 18, 2010 8:44 pm    Titel: Antworten mit Zitat

..also so wirklich geholfen is mir damit ja nich!
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Hausmann



Anmeldedatum: 04.11.2009
Beiträge: 635

BeitragVerfasst am: So Jul 18, 2010 9:54 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Nochmal: Kannst Du mit Differentialrechnung was anfangen?
Dann: Streich die Formel für Schmelzwärme, gehört hier nicht hin
Was bedeuten die Teile in der Gleichung für Q_V? ...

mfG
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jkh



Anmeldedatum: 21.12.2009
Beiträge: 293

BeitragVerfasst am: So Jul 18, 2010 10:37 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,

a) ich versuchs mal so halbwegs zu erklären. Zur Gleichung:

Qv ist ja die Verdunstungswärmeenergie welche zum Verdunsten einer bestimmten Masse benötigt wird.

Qv = r*m ,

->m ist hier die Masse - soll mehr Masse verdunsten braucht man mehr Wärmeenergie (logisch ne^^),
->r ist eine stoffspezifische Konstante, welche dir angibt wieviel kJ Wärmeenergie du zur Verdunstung von 1 kg des Stoffes brauchst (hier Wasser) - deswegen kJ/kg

Der Anteil an Wasser der verdunstet (m2)entzieht also dem flüssigen Wasserteil (m1) eine Wärmemenge, deswegen kühlt diese ja ab.

So nun zum Text. Es sind ja wenige Zahlenangaben gemacht. Folgendes kann man aus dem Text entnehmen:

Zitat:
Eine Schale wird bei 20°C Umgebungstemperatur mit Wasser der gleichen Temperatur gefüllt.
Das Wasser verdunstet dann mit einer Rate von 1% Wassermenge pro Stunde.


Wir haben also eine Wassermenge (Masse unbekannt!) bei der in der Stunde 1% der Masse m1 verdunstet. Hieraus folgt die Gleichung:

dm2 = (m1 * 1% / 1h) dt / zeitliche Gleichung für dm2 !!!!!!!!

wobei 1% =1/100

(Am Rande:

---> Wenn man die verdunstete Masse berechnen müsste:

m2 = Integral (m1 * 1% / 1h) dt

Dies bedeutet die verdunstete Masse m2 ist 1% der Gesamtmasse m1 pro Stunde.
Ein kleines Beispiel dazu: Bsp m1=100kg. D.h. in der ersten Stunde verdunsten 1 kg (sprich 1% von 100kg), in der zweiten Stunde 0,99kg (1% von 99kg). Aus diesem Grund würde man hier das Integral benötigen, da sich die Gesamtwassermasse m1 ja mit der Zeit ändert also nicht jede Stunde die gleiche Menge verdunstet. Die Gesamtmasse wäre eine Funktion der Zeit.)


Nun zurück zur Temperaturdifferenz der Wassermasse m1:

Nach obiger Gleichung gilt für die Verdunstung:

Qv= m2 * r

da wir ja jetzt in der Aufgabe keine feste verdunstete Masse m2 angegeben haben sondern nur eine zeitliche Funktion für dm2 gebildet haben schreiben wir:

Qv= dm2 * r

Jetzt kommts (^^): Die Verdunstungswärmemenge Qv welche das verdunstete Wasser m2 aufnimmt gibt nunmal das flüssige Wasser m1 wie oben schon gesagt ab, deshalb gilt:

Qv= dm2 * r = m1*c*dT / zeitliche Gleichung für dm2 einsetzen ergibt:

Qv= (m1 * 1% / 1h) dt * r = m1*c*dT

umgestellt nach

dT = (r * 1% / 1h * c) dt , hiermit könnte man schon die Temp.differenz ausrechnen und dann von 20°C (293,15 K) abziehen. Um direkt die Endtemperatur der verbleibenden Wassermenge m1* zu erhalten, bildet man eigentlich das Integral:

T= Integral (r * 1% / 1h * c) dt

und da hier nur konstanten drin sind (m1 hat sich ja erleichternderweise weg gekürzt) gilt (Konstanten aus Integral nehmen):

T= (r * 1% / 1h * c) Integral 1 dt

Damit:

T= (r * 1% / 1h * c) * 1/3 h , 1/3 h wären die 20 Minuten, für 1% =1/100 setzen


Zitat:
c) Ist der Temperaturabfall der Wasserschale in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchte größer,
kleiner oder gleich wie bei niedriger Luftfeuchte? Begründen Sie!


Also Luft kann unter bestimmten Umgebungsvoraussetzungen Feuchtigkeit aufnehmen, wobei dies insbesonders temperaturabhängig ist. Wärmere Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Gehen wir nun von gleichen Beidngungen aus so müsste bei höherer Luftfeuchte der Temperaturabfall geringer sein, da die Luft ja weniger Feuchtigkeit aufnehmen kann also weniger verdunstet.

Zitat:
b) Was ist der Grund dafür, dass die Temperatur des Wassers nicht solange absinkt,
bis das gesamte Wasser verdunstet ist, sondern sich bereits einige Grad unter
Umgebungstemperatur stabilisiert?


http://de.wikipedia.org/wiki/S%C3%A4ttigungsdampfdruck

Die Sache ist ansich schonmal garnicht so einfach.

Passt auch zu c) , aber schau doch in deinen Unterlagen nach.


Also vielleicht hats einen kleinen Überblick verschafft. Die Gleichungen von Hausmann find ich sehr gut. Die Gleichung für dm2 muss man erstmal aus dem Text aufstellen können....

_________________
Gruß jkh
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