Thermodynamik, Expansions-Arbeit berechnen

Hallo Leute, wir arbeiten an einem neuartigen Umweltsystem und brauchen jetzt Ihre kompetende Hilfe
System im Ausgangszustand:
In einem Stahlrohr, mit Luft gefüllt, 120m lang, Innendurchmesser 30mm,beide Rohrenden geschlossen, ist mittig ein Kolben angeordnet. Ausgangstemperatur in beiden Rohrhälften: 290K
Ausgangsdruck in beiden Rohrhälften: 20bar

Zustand 2
Eine Rohrhälfte (60m)wird von 290K auf 345K erwärmt. Gleichzeit wird die Andere Rohrhälfte von 290K auf 276K abgekühlt

Frage: Wie groß ist die Volumenänderungs-Arbeit am Kolben
Anmerkung: Die kalte Rohrhälfte wird während der Volumenänderungsarbeit nachgekühlt bis auf den Endzustand von 276K
Bitte um Berechnungsweg mit Ergebnis
Vielen Dank im Voraus!!

Hallo Leute, wir arbeiten an einem neuartigen Umweltsystem und
brauchen jetzt Ihre kompetende Hilfe…
276K
Bitte um Berechnungsweg mit Ergebnis
Vielen Dank im Voraus!!

Hallo, macht euch die Sache nicht zu bequem! Dies Portal ist nicht dazu da, um kostenlose Dienstleistungen zu erbringen, sondern um bei Fragen zu helfen, wenn der Betreffende selbst nicht weiter kommt. Hier die geeignete Literatur:
http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Thermodynami…
Gruß, Viola sonans

Lieber alibert,

Deine Frage beantworte ich nicht. Zum einen ist der Vorgang nicht ausreichend beschrieben (hat der Kolben eine Verbindung nach außen, über die mechanische Arbeit abgeführt wird?). Zum anderen mutet mir die Frage auch zu viel zu: Ich glaube nicht, dass w-w-w-Mitglieder als kostenlose Arbeitskräfte herangezogen werden sollten!

Hallo Leute, wir arbeiten an einem neuartigen Umweltsystem und brauchen jetzt Ihre kompetende Hilfe.

System im Ausgangszustand:
In einem Stahlrohr, mit Luft gefüllt, 120m lang, Innendurchmesser 30mm, beide Rohrenden geschlossen, ist mittig ein Kolben angeordnet.
Ausgangstemperatur in beiden Rohrhälften: 290K
Ausgangsdruck in beiden Rohrhälften: 20bar

Zustand 2
Eine Rohrhälfte (60m) wird von 290K auf 345K erwärmt. Gleichzeit wird die Andere Rohrhälfte von 290K auf 276K abgekühlt.

Frage: Wie groß ist die Volumenänderungs-Arbeit am Kolben?
Anmerkung: Die kalte Rohrhälfte wird während der
Volumenänderungsarbeit nachgekühlt bis auf den Endzustand von 276K
Bitte um Berechnungsweg mit Ergebnis
Vielen Dank im Voraus!!

Es ist sehr lobenswert, dass Sie an einem neuartigen Umweltsystem arbeiten, was auch immer dieser Ausdruck bedeuten mag.
Eine Anmerkung kann ich mir aber vorab nicht verkneifen.
Die „Experten“ auf dieser „Plattform“ sind nicht dafür da, um Ihre „Hausaufgaben“ zu machen. Wir sind dafür da, um Fragen zu beantworten wenn Sie nicht weiter kommen und Ihnen Tips zu geben wie Sie zu einer Lösung Ihres Problems gelangen.

Die Volumenänderungsarbeit berechnet sich ja bekanntlich aus W=p*dV.
Ihr System ist zu Beginn des „Experimentes“ im Gleichgewicht, was auch sonst. Danach wird eine Seite erhitzt, wir nennen sie mal „die linke Seite“, was dazu führt, dass der Kolben sicher nach rechts wandern wird. Dadurch wird die Luft auf der „rechten Seite“ aufgrund der Komprimierung/Dichteerhöhung ebenfalls spontan ihre Temperatur erhöhen (wir setzen einmal voraus, dass das System perfekt gegen die Aussenwelt isoliert ist und keine Wärmen durch die Wände hindurch verloren gehen). Dummerweise steigt durch die Temperaturerhöhung auch der Druck auf der rechten Seite an und stellt sich der Kolbenbewegung in Richtung rechts entgegen und vermindert damit das dV also die Volumenänderungsarbeit.
Wird die rechte Seite nun wie in Ihrem „Umweltsystem“ gekühlt, wird die Druckerhöhung auf der „rechten Seite“ abgeschwächt, und je nach Kühlungsgrad vielleicht ganz ausgeglichgen, so dass es sogar zu einer isobaren Zustandsänderung/Kolbenbewegung kommen könnte. Bevor man die Frage der Volumenänderungsarbeit beantworten kann, muss man erst einmal die Frage beantworten, wie sich der Druck im System ändert. Da der Kolben am Ende still stehen wird, können wir wohl davon ausgehen, dass rechts und links des Kolbens der gleiche Druck herrscht, nur wie hoch ist er dann?
Würde man die „linke Seite“ isobar erhitzen, d.h. dem Kolben stellt sich ausser den 20 bar Anfangsdruck keine weitere Druckerhöhung in den Weg, dann würde das zu einer Volumenerhöhung von X.X Qubikzentimetern führen. Nehmen wir gleichzeitig an, dass die rechte Seite dabei isotherm komprimiert wird, führt das auf der rechten Seite zu einer Druckerhöhung von X.X bar.
Die rechte Seite wird aber nicht isotherm komprimiert, sie wird während des Kompressionsvorganges auf 276 K heruntergekühlt. Nehmen wir einmal an, dass es sich dabei um eine isochore Zustandsänderung handelt, (wieviel Wärme wir real abgezogen haben ist nicht bestimmt). Rechnen wir nun mit Hilfe der Allgemeinen Gasgleichung den Druck auf der linken und rechten Seite aus, so ist er etwas erhöht gegenüber dem Ausgangswert, aber nicht exakt gleich, wie auch, wir haben ja etwas gemogelt und es uns sehr einfach gemacht bei den Zustandsänderungen, indem wir ideale, eher „leicht irreale“ Annahmen getroffen haben.
Mit dem nun errechneten „neuen Druckwert“ könnten wir erneut in die Ursprungsrechnung einsteigen und dabei nicht wie zuvor eine isobare Volumenänderung annehmen, sondern eine „reale Druckerhöhung“ mit einberechnen. Dies führt zu einem neuen Druckwert auf der rechten und linken Seite. Um zum Endergebnis zu kommen, könnte man beispielsweise das Newtonsche Näherungsverfahren einsetzen und so lange „herumitterieren“, bis man eine selbst gesetzte Genauigkeitsschranke (berechneter Druckunterschied zwischen der linken und rechten Seite) unterschreitet, denn wir waren uns ja einig, dass der Druck am Ende auf beiden Seiten gleich sein sollte. So haben wir unser „neues Volumen“ links und rechts und ebenfalls den neuen Druck. Daraus die Volumenänderungsarbeit auszurechnen sollte wohl kein ernsthaftes Problem mehr darstellen, oder???

mfg
paraflysurf

Tut mir Leid ist leider nicht mein Fachgebiet.

Tut mir Leid ist leider nicht mein Fachgebiet.

…ist kein Beinbruch, trotzdem vielen Dank!!!

Schade, aber trotzdem vielen Dank für Deine Bemühungen!!!

Hallo Paraflysurf, vielen vielen Dank für Deine Stellungnahme!!
Um Licht ins Dunkel zu bringen: Das Umweltsystem ist einen Wärmekraftmaschine, die mit sehr niedriger Teperatur auskommen soll.Die Einsatzmöglichkeiten wären da weitgefächert
Dazu haben mein Freund und ich ein Wärmetauschsystem entworfen, das großen Gasmengen in relativ kurzer Zeit tauschen könnte
Wir sind über 60 Jahre alt und unsere Rechenkünste sind mehr wie angestaubt
Daher unsere Bitte,wir arbeiten unentgeldlich an einer guten Sache und brauchen einen fachkundigen Idealisten wie Dich!!! Wir würden uns sehr freuen,wenn Du uns ein paar Zahlen zu der Prozessberechnung liefen könntest,
um weitere Entscheidungen treffen zu können
Wir würden Dich auch gerne in unser Team aufnehmen, kompetente Leute sind da immer Willkommen
Vielen Dank im Voraus, Alibert!!!

Hallo Alibert,

bei Hausaufgaben helfe ich gemeinhin nicht, aber ich gebe da schon mal die eine oder andere Anregung.

Also denk mal darüber nach, ob es negative Arbeit gibt und wenn ja, ob das hier anwendbar ist.

Außerdem rate ich dir, UNBEDINGT die Einheiten der physikalischen Größen bei den Berechnungen mit zu berücksichtigen!

Ausnahmsweise als Hilfe: p * V / T = const.

Und wenn du jetzt mal die Einheiten von p * V betrachtest kommt was raus? Na?
Eben! Es kommt Arbeit raus!

Gruß
Pat

Hallo Pat,vielen Dank, du hast mir sehr geholfen! Danke Alibert

Für halbwegs genaue Berechnungen müsste klar sein, wie die Temperatur von 345K erreicht wird. Wird der Kolben zuerst festgehalten, das eingeschlossene Gas dann isochor um 55K erwärmt und der Kolben dann losgelassen um die Arbeit zu verrichten, oder wird die „linke Seite“ die ganze Zeit beheizt, um irgendwie die Endtemperatur von 345K zu erreichen, d.h. der Wärmeverlust durch die Expansion „links“ wird nachgeliefert bis die Expansion durch die Druckerhöhung der rechten Seite gestoppt wird.
Nur so kann man berechnen wieviel „Innere“ und „von aussen nachgelieferte“ Energie zur Volumenänderung zur Verfügung steht.
Was baut ihr da eigentlich genau?
So eine Art neuartigen Sterling-Motor?
Lass mir doch mal irgendwie eine email-Adresse oder sonst was zukommen, dann kann ich Dich kontaktieren und ihr mir mal genauere Unterlagen zusenden, mit denen eine Berechnung halbwegs realistisch werden kann.
Habt ihn den Druckverlauf über dem Kolbenhub eigentlich mal gemessen?
Gruss
paraflysurf

Hallo Paraflysurf, Danke für dein Interesse an unserem „Wärmekraftsystem“
Gerne würden wir zu Dir Kontakt aufnehmen, um einige „Dinge“ klären zu können.
Meine E-Mail: [email protected]
Tel. 08376 1312
Fax: 08376 976806
Anschrift:
Albert Mayr
Kohlenberg3
87477 Sulzberg

Hallo flysurf,bitte gib mir deine E-Mail und Anschrift mit Telefonnummer durch um Kontakt aufnehmen zu können
Wir freuen uns auf Dich
Gruß Albert

Vielleicht reicht der folgende Link:
https://docs.google.com/document/d/17hi3eTDJjoR_U0tt…

Bei erheblicher Masse und/oder Geschwindigkeit des Kolbens sind zusätzlich die daraus resultierenden Kräfte und Energien zu berücksichtigen. Ich empfehle in diesem Falle unter „Stirling-Freikolben-Motor“ zu suchen.

Hallo Helmut, vielen Dank für Deine Bemühungen
Wir arbeiten an einer Wärmekraftmaschine, die mit sehr niedriger Temperatur auskommen soll.
Dazu haben mein Freund und ich ein Wärmetauschsystem
entworfen, das großen Gasmengen in relativ kurzer Zeit
tauschen könnte.
Unser Problem:
Wir sind über 60 Jahre alt und unsere Rechenkünste sind mehr wie angestaubt.
Daher unsere Bitte,wir arbeiten unentgeldlich an einer guten Sache und brauchen einen fachkundigen Idealisten wie Dich!!!
Wir würden uns sehr freuen,wenn Du uns ein paar Zahlen zu der Prozessberechnung liefen könntest,
um weitere Entscheidungen treffen zu können.
Wir würden Dich auch gerne in unser Team aufnehmen, kompetente Leute sind da immer Willkommen.
Vielen Dank im Voraus, Albert Mayr und Hans Haslach
E-Mail: [email protected]
PS;Solltest Du noch weitere Angaben zur Berechnung benötigen,bitte ich um Deine E-Mail-Adresse, um auf direkten Weg arbeiten zu können, Danke!