als technisch/mathemaitsch/naturwissenschaftlich absolut Unwissender mal eine Frage zu einem Buch das ich gerade lese. Dort wird folgendes Szenario dargestellt:
Ein 8 Tonnen schwerer Meteorit befindet sich 60 m tief in einem Gletscherschelf. Er wird gehoben indem man von oben einen Laser auf ihn richtet und ihn so stark erhitzt dass das Eis schmilzt und er mittels Flaschenzügen gehoben werden kann. Als das Teil gehoben ist fällt, ein paar Stunden später ein Mann in das Wasserloch das durch die Hebung entstanden ist und ertrinkt sofort weil dass Wasser eiskalt ist.
Zwei Fragen dazu:
Müsste ein Steinmeteorit (darum handelt es sich lt. Buch) nicht zerspringen wenn er in einer Eisumgebung mit einer Temperatur von unter 0 Grad mit einem Laser erhitzt wird oder ist der Laser regelbar?
Der Fels müsste doch so stark erhitzt werden dass das Eis in seiner Umgebung so gut schmilzt dass es auch unter ihn fliessen kann. Somit müsste doch das Wasser in dem Loch noch Stunden später eine relativ hohe Temperatur haben. Wie lange dauert es bis z.B. ein Kubikmeter Wasser mit einer Temperatur von 80 Grad in einer Umgebungstemperatur von -10 Grad bis auf diese Temperatur herunterkühlt?
Klar ist das alles Fiktion aber interessieren tuts mich halt trotzdem
Ein 8 Tonnen schwerer Meteorit befindet sich 60 m tief in
einem Gletscherschelf. Er wird gehoben indem man von oben
einen Laser auf ihn richtet und ihn so stark erhitzt dass das
Eis schmilzt und er mittels Flaschenzügen gehoben werden kann.
Wenn man das mit einem Flaschenzug macht, muß wohl nicht nur der Meteorit erwärmt werden, sondern das gesamte Eis zwischen Meteorit und Eisoberfläche. Wenn man nur den Meteoriten erhitzt, wird natürlich auch nach unten hin das Eis schmelzen und das Ding noch wesentlich weiter absacken, bis der Weg zur Oberfläche frei ist.
Als das Teil gehoben ist fällt, ein paar Stunden später ein
Mann in das Wasserloch das durch die Hebung entstanden ist und
ertrinkt sofort weil dass Wasser eiskalt ist.
Imho sollte das Eis an der Oberfläche des Wasserlochs zuerst wieder gefrieren, da hier die Energieabgabe an die Luft zur stärksten Abkühlung führt. Also sollte er sich eigentlich die Nase stoßen und nicht ertrinken.
Zwei Fragen dazu:
Müsste ein Steinmeteorit (darum handelt es sich lt. Buch)
nicht zerspringen wenn er in einer Eisumgebung mit einer
Temperatur von unter 0 Grad mit einem Laser erhitzt wird oder
ist der Laser regelbar?
Warum sollte der Laser nicht regelbar sein? Und warum sollte der Meteorit springen? Ist er denn aus Glas? Warum sollte man nicht einen Metallklotz auch aus Temperaturen unter null aufheizen können, ohne daß er platzt? Ist doch nur eine Frage der inneren Spannungen, die dabei auftreten und damit eine Frage des inneren Temperaturgefälles und damit eine Frage der Energiemenge pro Zeiteinheit, die man in den Meteoriten einbringt und der Energieabgabe am anderen (nicht erwärmten) Ende des Meteoriten.
Der Fels müsste doch so stark erhitzt werden dass das Eis
in seiner Umgebung so gut schmilzt dass es auch unter ihn
fliessen kann. Somit müsste doch das Wasser in dem Loch noch
Stunden später eine relativ hohe Temperatur haben.
Was ist relativ hoch? Temperaturen um null Grad reichen zum Schmelzen des Wassers, abhängig vom Druck. Je nach Art der Erwärmung (nur Meteorit aufheizen oder auch Wasser zwischen Metorit und Eisoberfläche) reicht diese Temperatur sogar für das Schmelzen im gesamten Loch.
Wie lange
dauert es bis z.B. ein Kubikmeter Wasser mit einer Temperatur
von 80 Grad in einer Umgebungstemperatur von -10 Grad bis auf
diese Temperatur herunterkühlt?
Kommt stark auf die Energieabgabe des Wassers an. Also auf die Temperatur des Eises nebenan bzw. auf die Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit über dem Eis.
Nochmal als Hinweis: Die Temperatur des Wassers ändert sich während des eigentlichen Gefriervorganges NICHT, ebensowenig beim Auftauen.
Ein 8 Tonnen schwerer Meteorit befindet sich 60 m tief in
einem Gletscherschelf. Er wird gehoben indem man von oben
einen Laser auf ihn richtet und ihn so stark erhitzt dass das
Eis schmilzt und er mittels Flaschenzügen gehoben werden kann.
Als das Teil gehoben ist fällt, ein paar Stunden später ein
Mann in das Wasserloch das durch die Hebung entstanden ist und
ertrinkt sofort weil dass Wasser eiskalt ist.
Dazu nimmt man keinen Laser, sondern Wasser. Man erhitzt Wasser und bohrt mit einem Schlausystem nach unten. Denn solche Laser gibt es nicht bzw. sie sind derzeit nur militaerisch in der Erprobungsphase und fuer zivile Einsaetze nicht zu haben. Selbst wenn sie zu haben waeren, waere ein Bohren mit heissem Wasser immer noch billiger.
Weiter wuerde ein solcher Laser fuerchterlich streuen im Eis, ist schmutzig und enthaelt bis in tiefen von 400 Metern noch jede Menge Luftblasen. Da kommt beim Meteor und im eigentlichen Bohrkanal gar nichts an. Der Laser muesste auch das Eis bis bis Meteor schmelzen btw.
Die Wasserbohrtechnik existiert aber und ist relativ billig. Fuer unser Experiment Amanda und zukuenftig fuer IceCube haben und werden wir am Suedpol bis in 2.3 und dann bis in 2.8 km Tiefe Loecher binnen 2 Tagen gebohrt ins Eis, Durchmesser ca. 50 cm.
Zwei Fragen dazu:
Müsste ein Steinmeteorit (darum handelt es sich lt. Buch)
nicht zerspringen wenn er in einer Eisumgebung mit einer
Temperatur von unter 0 Grad mit einem Laser erhitzt wird oder
ist der Laser regelbar?
Nein. Du erwaermst ihn hier (hypothetisch wie oben aus Deinem Buch) langsam und er ist kein „Einkristall“ oder so.
Müsste ein Steinmeteorit (darum handelt es sich lt. Buch)
nicht zerspringen wenn er in einer Eisumgebung mit einer
Temperatur von unter 0 Grad mit einem Laser erhitzt wird oder
ist der Laser regelbar?
Die Sache mit dem Laser hat Lego ja schon geklärt.
kaum eine technische Lösung ist so blödsinnig, wie einen Gletscher
mit einem Laser aufzutauen.
Der Aufwand wäre mächtig gewaltig, der Wirkungsgrad miserabel,
d.h. mit der Abwärme vom Laser kann man eher was anfangen .
Da wäre jede andere Variante einfacher (z.B. auch elektrische
Heizung einfgach ins Eisloch stecken).
Der Fels müsste doch so stark erhitzt werden dass das Eis
in seiner Umgebung so gut schmilzt dass es auch unter ihn
fliessen kann. Somit müsste doch das Wasser in dem Loch noch
Stunden später eine relativ hohe Temperatur haben. Wie lange
dauert es bis z.B. ein Kubikmeter Wasser mit einer Temperatur
von 80 Grad in einer Umgebungstemperatur von -10 Grad bis auf
diese Temperatur herunterkühlt?
Das Auftauen des Wassers muß ja nur ein Stück über Schmelzpunkt
erfolgen (muß also nicht kochen, was technisch auch schlecht geht).
Dann wird das Loch sowieso größer als der Festkörper darin.
Eine andere Sache ist das Abkühlverhalten. Es sollte doch allg.
bekannt sein, daß die Schmelzwärme einen viel gößeren Betrag hat,
als die spezifische Wärme das Wassers.
Konktet: Schmelzwärme = 334 kJ/kg
spezif. Wärme = 4,16 kJ/(kg\*grd)
Da bedeutet: Mit der Wärmemenge, die Du brauchst, um ein Kg Wasser
aufzutauen, kanst Du auch 1 Kg Wasser von 0°C auf
ca. 80°C erhitzen.
Falls das Wasser im Eisloch also wirklich 80°C haben sollte, dann
wird innerhalb kürzester Zeit (einige Minuten) am Rand von dem
Eisloch soviel Eis abschmelzen, bis die Temp. im Loch wieder
ca. 0°C ist.
Zufrieren kann das Loch aber nicht so schnell, weil eben das Eis
in der Umgebung des Loches mit -10°C viel wenig Wärmekapazität
hat um die Schmelwärme aufzunehmen. Diese Wärme muß dann nämlich
durch Wärmeleitung in die tiefe das Eises abgeführt werden.
Das Zufrieren wird dann wahrscheinlich langsam von den Wandungen
des Loches erfolgen indem das Eis durch Wärmeleitung Schmelzwärme
abzieht.
Außerdem wird wahrscheinlich die Oberfläche zuerst zufrieren, aber
nicht wegen dem Wärmeübergang zur kalten Luft, sondern wohl eher
wegen der Dichtanomalie das Wasser (max. Dicht bei +4°C), weshalb
das etwas wärmere Wasser nach unten sinkt und das Eis oben aufschwimmt.
Gruß Uwi
Klar ist das alles Fiktion aber interessieren tuts mich halt
trotzdem
Imho sollte das Eis an der Oberfläche des Wasserlochs zuerst
wieder gefrieren, da hier die Energieabgabe an die Luft zur
stärksten Abkühlung führt.
Das wohl nicht. Die stärkste Abkühlung erfolgt an der Grenzschicht
zwischen Wasser und dem Eis.
Das Wasser von oben her zufriert hat was mit der Dichteanomalie des
Wassers zu tun (Schulphysik !).
Wenn aber sowieso nur kaltes Eis um’s Wasserloch drumrum ist,
wo wird es man dann wohl zuerst zufrieren?
Wie lange
dauert es bis z.B. ein Kubikmeter Wasser mit einer Temperatur
von 80 Grad in einer Umgebungstemperatur von -10 Grad bis auf
diese Temperatur herunterkühlt?
Kommt stark auf die Energieabgabe des Wassers an.
Nö, hat was zu tun mit der Schwelzwärme und der spezifischen Wärme
das Wassers.
Eiswürfel im Wasserbad wurden als Temperaturnormal für Termoelemente
benutzt. Hat immer ziehmlich genau 0°C.
Der Versuch taugt auch sehr gut zur Kalibrierung von 0°C am Termometer.
Also auf die
Temperatur des Eises nebenan bzw. auf die Lufttemperatur und
Windgeschwindigkeit über dem Eis.
Den geringsten Einfluß hat das bischen Luft über dem Eisloch.
Die Fläche ist verhältnismäßig winzig, die Wärmekapazität der
Luft ist klein und der Wärmeübergangskoeff. zur Luft ist miserabel.
Das ist nichts im Vergleich mit dem kalten Eis um das Wasserloch
herum.
Nochmal als Hinweis: Die Temperatur des Wassers ändert sich
während des eigentlichen Gefriervorganges NICHT, ebensowenig
beim Auftauen.
Genau, das ist isses!!!
Und Temp. in dem Wasserloch wird auch beim Auftauen kaum über
0°C zu bringen sein.
Gruß Uwi
Vielen Dank für Eure Infos. Das hat mich schon weiter gebracht.
Meine Annahme, das Wasser müsse nach der Bergung noch warm sein, ist also Quark.
Darauf gekommen bin ich deshalb weil der Meteor über Flaschenzüge per Muskelkraft geborgen wurde und dann „dampfend“ an den Seilen hing. Somit bin ich davon ausgegangen dass die Temperatur des Teils recht hoch sein müsste und deshalb das Wasser entsprechend warm (und das auch noch nach 1-2 Stunden).
Als völliger Physiklaie bitte ich um Entschuldigung für meine blöden Fragen *g*
