Servus,
ein Kolben sitzt beweglich in einem raumfesten Zylinder. Er schließt ein Luftvolumen im inneren des Zylinders absolut dicht zur Umgebung ab. In dem Kolben ist ein Loch. In diesem Loch sitzt gefrorenes Wasser. Es kann durch die Form des Loches (konisch) nicht in das abgeschlossene Volumen im Zylinder hineinfallen. Der Eispfropfen dichtet das eingeschlossene Volumen absolut dicht ab.
In der Ausgangssituation ist sowohl die Temperatur (20 °C) sowie der absolute Druck (1 bar) in der Umgebung sowie im eingeschlossenen Volumen gleich groß.
Jetzt zieht eine konstante Kraft den Kolben aus dem Zylinder. Ergo wird der Druck im Zylinder durch Volumenvergrößerung verringert - es entsteht ein Unterdruck relativ zum Umgebungsdruck proportional zur Kraft respektive zur Kolbenfläche. Das System erreicht so ein Gleichgewicht zwischen einwirkender Kraft und Gegenkraft des Umgebungsdrucks. Annahme: Die Kraft ist nie so groß, dass sie die Gegenkraft des Umgebungsdrucks übersteigt.
Frage:
Wie verhält sich das gefrorene Eis im Kolben bei Druckverminderung im inneren des Zylinders?
Vermutung:
Die Seite des gefrorenen Wassers im inneren des Zylinders wandelt mit sinkendem Druck seinen Aggregatzustand direkt von fest in gasförmig (Wasserdampf) um. Der Wasserdampf füllt das eingeschlossene Volumen auf, womit sich der absolute Druck im inneren wiederum erhöht. (Annahme: der verbliebene Eispfropfen dichtet das eingeschlossene Volumen weiterhin zur Umgebung ab). Das Gleichgewicht des System wird so gestört. Der Kolben fährt weiter aus bis sich die Kräfte wieder ausgleichen. Das Ganze läuft so lange weiter bis der Kolben vollständig aus dem Zylinder gefahren ist bzw. das Eis im Kolben vollständig zu Wasserdampf geworden ist.
Ist das so richtig?
Unten ein Bild zur Erklärung
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Danke im Voraus!
Jim