Thermodynamik

Wissenschaft Physik
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Tach zusammen,

ich bin mal wieder nach Hilfe gefragt worden, brauche aber ob eines Brettes vorm Kopf selber Anregungen.

Folgende Aufgaben wurden mir unterbreitet:

Aus einer Sauerstoffflasche mit 40 l Inhalt soll eine leere Sauerstoffflasche mit 8 l Fassungsvermögen gefüllt werden. Das Manometer der 40l Flasche zeigt vor dem Abfüllen einen Überdruck von 149 bar, die Temperatur ist 22°C.

a) Welcher Überdruck herrscht nach dem Füllen in der 8l-Flasche?
b) Wieviel kg O2 sind in die kleine Flasche gefüllt worden?

Lösungen:

a) 124 bar
b) 1,30 kg

Frage: Wie komme ich drauf? Der Vorgang ist offensichtlich isotherm, allerdings meiner Ansicht nach weder isobar (das ist mal sicher) noch isochor (da bin ich mir nicht sicher, wie ich das auslegen soll). Kann man da über die verrichtetet Arbeit des Gases gehen? Sozusagen: Arbeit aus Flasche 1 = Arbeit in Flasche 2?

Es wäre schön, wenn mir irgend jemand aus der großen Gemeinde ein paar Tips oder einen Lösungsweg geben könnte.

Damit nicht genug:

In einer Stahlflasche von 60 l Inhalt befindet sich Cl2 bei einem Überdruck von 160 bar und 20°C (Luftdruck: 1 bar).

a) Welche Masse hat die Füllung? Lösung: 28,7 kg (hab’ ich gerechnet, komme ich drauf, ist auch richtig!)

b) Für einen Versuch benötigt man 3l/min bei 1 bar (meiner Meinung nach unklare Aussage). Wie lange reicht die Füllung der Flasche (Atomgewicht Cl2: 70g/mol) Lösung: 53,3h, ich komme aber auf 53,7h, egal, wie ich es rechne, ob über die Lösung von Aufgabe (a) und das Molvolumen (22,41041 l/mol bei 0°C und 1,013 bar) oder sonstwie.

Wenn ich von 28,7 kg Cl2 ausgehe, komme ich über das Molvolumen bei 273,15 K und 1013 mbar auf ein Volumen von 28700 / 70 * 22,41041 = 9188,27 l.
Die rechne ich um auf 1000 mbar (isotherm) und erhalte 9307,72 l. Dann erwärm ich die Suppe auf 293,15 K und erhalte 9989,23 l. Das durch 3 und durch 60 ergibt 55,49 h. (ohne die isotherme Umrechnung liege ich bei 54,78 h).

Hmpf. Hat wer eine geniale Idee, woran das liegen kann? Was hab’ ich übersehen???

Vielen Dank für Eure Hilfe, die mir bisher immer gewiss war!

Schöne Grüße

Guido

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Tach zusammen,

ich bin mal wieder nach Hilfe gefragt worden, brauche aber ob
eines Brettes vorm Kopf selber Anregungen.

Folgende Aufgaben wurden mir unterbreitet:

Aus einer Sauerstoffflasche mit 40 l Inhalt soll eine leere
Sauerstoffflasche mit 8 l Fassungsvermögen gefüllt werden. Das
Manometer der 40l Flasche zeigt vor dem Abfüllen einen
Überdruck von 149 bar, die Temperatur ist 22°C.

a) Welcher Überdruck herrscht nach dem Füllen in der
8l-Flasche?
b) Wieviel kg O2 sind in die kleine Flasche gefüllt worden?

Lösungen:

a) 124 bar

Du hast zuerst 40 l, dann 48 l (40 + 8). Der Ursprungsdruck war 149 bar, wenn Du den auf das Endvolumen von 48 bar runterrechnest, kriegst Du 124 (,17) bar.

b) 1,30 kg

Du hast 8 l Volumen und 124 bar Druck, das ergibt 993 l bezogen auf Normaldruck.
Nun hat ein mol eines idealen Gases (bei 273 k und 1,013 bar Druck) ein Volumen von 22,41 l. Das ergibt nun 44.3 mol Sauerstoff oder 1418 gramm. Da Du aber eine Temperatur von 22 °C (295 k) hast, kriegst Du
1312 g (oder unter Freunden 1,3 kg ) raus. (p*v = n* R*T)

Damit nicht genug:

versuch mal mit dem Lösungsweg von mir weiterzurechnen.

Gandalf

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Hallo Gandalf,

danke für die Antwort. Ist ja eigentlich banal, aber ich bin mal wieder nicht auf die einfachste Lösung gekommen. Ich bin nämlich nicht daruf gekommen, die Volumina zu koppeln und von einem Druck-Gleichgewicht im System auszugehen, sondern dachte eher an die Variante, dass in der 40l-Flasche noch ein Überdruck gegenüber der 8l-Flasche herrschen soll. Eben ist mir aber schlagartig klar geworden, dass ich es dann nicht rechnen kann, weil ich dann nicht von einem ein-eindeutigen Füllzustand der 8l-Flasche ausgehen kann, den ich aber für die Rechnung brauche.

Also, nochmals vielen Dank und schöne Grüße

Guido

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