im Rahmen meiner Diplomarbeit muss ich Oberflächen aus Aluminium eloxieren. Dazu unterziehe ich die Oberflächen einer Elektrolyse Reaktion in Schwefelsäure. Bei einer Eletrolyse gibt es ja bekanntlich Wechselwirkungen zwischen Spannung, Stromstärke und Temperatur. Will man die Elektrolyse z.B. bei einer bestimmten Spannung und einer bestimmten Stromstärke betreiben, so muss man dafür sorgen, dass das Elektrolyt die dazugehörige Temperatur beibehält. Bei meinem letzten Versuch wollte ich 25 V und 0,6 A (150A/cm²) einstellen, und musste das Elektrolyt dafür stark kühlen. Daher habe ich das Gefäß während des ganzen Prozesses in ein Eiswasserbad gestellt. Das „Kühlwasser“ hatte eine Temperatur um 0°C, das Elektrolyt wurde jedoch nie kälter als etwa 9,5°C. Das hat dazu geführt, dass die Stromstärke deutlich höher lag als 0,6A. Aus Erfahrung mit meinen vorherigen Versuchen vermute ich, dass ich die Schwefelsäure auf etwa 7-8°C hätte kühlen müsssen.
Warum wird die Schwefelsäure nicht kälter? Gibt es irgendwelche Tricks, um die Temperatur noch weiter runterzukriegen? Ich hab schon daran gedacht, Salz ins Eiswasser zu kippen, weil das Kühlwasser dann ja noch kälter würde. Wie kalt würde so eine Salzlösung?
Stromfluss erzeugt Wärme, aber das brauche ich Dir nicht zu sagen. Daher muß die Wärme abgeführt werden. Falls das durch Konvektion nicht ausreichend geschieht, muß durch Rühren oder Bewegen der Elekrtolysezelle im Wasserbad passieren.
Ich hab schon daran gedacht, Salz ins
Eiswasser zu kippen, weil das Kühlwasser dann ja noch kälter
würde. Wie kalt würde so eine Salzlösung?
Eismischungen mit Salz können je nach Salz und Mischungsverhältnis auf gut minus 50 °C abgekühlt werden http://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4ltemischung#Gebr…
Kochsalz sollte es aber auch tun, damit kriegst Du rund minus 20 °C hin.
Die Schwefelsäure würde schon kälter werden können.
Das Problem ist, das während der Elektrolyse mehr Wärme pro Zeiteinheit erzeugt wird, als über die Wand deines Gefäßes abgegeben wird.
Gibt es irgendwelche Tricks, um die Temperatur noch weiter
runterzukriegen? Ich hab schon daran gedacht, Salz ins
Eiswasser zu kippen, weil das Kühlwasser dann ja noch kälter
würde.
Guter Ansatz.
Du musst die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr erhöhen.
Eine Möglichkeit wäre, die Oberfläche des zu kühlenden Gefäßes zu erhöhen. Sprich: Kühlrippen. Ist natürlich eher schwierig zu realisieren.
Nächste Möglichkeit: erhöhung des Temperaturgefälles. Sprcih: außen kälter machen. Die Idee mit dem Salz im Eiswasser ist schon ganz gut, geht tiefer runter und das Wasser bleibt auch länger flüssig. Wenn du weisst, was du da tust, könnte man auch mit kleinen Stückchen Trockeneis nachhelfen. Ist aber nicht ganz ungefährlich!
Dritte Möglichkeit: Beschleunigung des Wärmeaustauschs durch Bewegung. Rührer sowohl im Reaktions- als auch im Kühlgefäß sorgen dafür, das der Wärmeaustausch schneller geht.
Viertens (nur der Vollständigkeit halber) hat die Wärmeleitfähigkeit des Gefäßes natürlich auch einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe. Mit einem Gefäß aus Aluminium oder Kupfer sollte das besser gehen. Könnte sich allerdings mit der Elektrolyse-Lösung beissen, darum nur der Vollständigkeit halber. Dürfte sich dafür gut mit Erstens (Kühlrippen) kombinieren lassen, also wenn sonst nix hilft . . .
Vielen Dank für die hilfreichen Hinweise und Ratschläge, ich denke ich werde es mal mit der Salzlösung probieren, eventuell auch mit Trockeneis. Im Elektrolysegefäß selber setze ich schon einen Magnetrührer ein, in dem Kühlgefäß drumherum ist das kaum zu realisieren, weil der Platz sehr beengt ist.
An Kühlrippen habe ich natürlich auch schon gedacht, aber der Aufwand wäre einfach zu groß, genau wie für ein Gefäß aus Aluminium oder Kupfer.