Wasserkocher, Draht, Energieverbrauch usw.

[kingtahir]

Skizze wie es Aussehen soll:
http://img1.bildupload.com/519642e5dd1c13fcee30004708098029.jpg

Ich möchte gern mal ein kleines Gedankenexperiement mit einem Wasserkocher machen.

Also es soll 10 ml Wasser zum verdampfen gebracht werden und das sehr schnell und in einen geschlossenem System (in einer Flasche, Druckbehälter oder sonstiges). Jetzt würde ich gerne Wissen,wieviel Energie man aufwenden müsste, um die 10 ml Wasser auf 100°C zu bringen und wie Hoch der Druck sein müsste.

Jetzt gibt es ja Formeln um es zu berechnen. Könnte mal einer zeigen, wie ich es rechnen könnte und welche Formeln ich am besten benutzen sollte. Am besten wäre mit Beispielrechnungen, da verstehe ich es am schnellsten. Also wie groß der Energieverbrauch wäre um erstmal den Draht zu erwärmen und dann das Wasser auf 100°C zu bringen und natürlich wiehoch der Druck wäre.

Das geht an allle schlaumeier hier im Forum:
Ich habe es schon gegoogelt, aber habe nichts gefunden womit ich klargekommen wäre.

Und Danke schon mal die jenigen, die mir Helfen und nicht mit irgendwelchen dummen Sprüchen mich nerven. Danke

 

[LED_Supplier]

Um ein Gramm Wasser 1 Grad wärmer zu machen braucht man ca. 4,2 Joule (so wurde früher 1 Calorie definiert). Also 10 ml x (z.B von 20 auf 100=) 80 Grad x 4,2 = 3.360 Joule. 1 Watt = 1 J/s, also schaffst du das mit einer 1000 Watt Wasserkocher in 3,3 Sekunden.

Das alles bei unendlich gute Wärmeübertragung zwischen Draht und Wasser und keine Verluste nach außen (was bei einem normalen Wasserkocher fast angenommen werden kann).

Jetzt kocht das Wasser und IST der Dampfdruck genau 1 Bar.

Bei unendlich gute Wärmeübertragung zwischen Draht und Wasser wäre die Temperatur des Drahts jetzt auch genau 100 C. Du könntest für den "Draht" eine ähnliche Berechnung machen. Allerdings wäre das in einem normalen Wasserkocher fast vernachlässigbar.

 

[A. u.O.]

Fehlerhaftes Experiment

Aber sicher nicht mit der im Plan gezeichneten 6 Volt Batterie ohne Thermostatschaltung.

 

[LED_Supplier]

Re: Fehlerhaftes Experiment

Aber sicher nicht mit der im Plan gezeichneten 6 Volt Batterie ohne Thermostatschaltung.

Wird es dann mehr oder weniger (von was)? Und was bringt die Thermostatschaltung?

 

[werner_1]

Die allgemeine Gleichung für die Wärmekapazität lautet: Q=c*m*dT
Dabei ist
- Q die thermische Energie, die der Materie zugeführt oder entzogen wird, d. h. eine Wärmemenge
- m die Masse der Substanz
- Delta T die Temperaturänderung.
c[Wasser 20°C] =4,182Ws*g^-1*K^-1
10ml~10g
Q=4,182Ws*g^-1*K^-1*10g*80K=3346Ws=0,93Wh
(alles Näherungswerte).
Damit hast du die 10ml Wasser von 20°C auf 100°C erwärmt, aber noch nicht in den Dampfzustand gewandelt, denn dazu benötigst du noch extra Energie. Wenn du den Draht noch mitrechnen willst, musst du angeben, welches Material und welche Masse (Länge, Durchmesser). Da du einen Druck ausrechnen willst, gehe ich davon aus, dass es sich um einen geschlossenen Behälter handelt. Jetzt wird es aber so komplex, dass wir es nicht im Rahmen dieses Forums abhandeln können.
Welche Maße hat dein Behälter (Wärmeverlust)?
Welches Medium und welches Volumen befindet sich oberhalb des Wassers?
Wie groß ist deine Energiezufuhr, d.h. wie lange muss mit einem Wärmeverlust gerechnet werden?

Soweit für den Anfang.

@LED_Supplier: Wie kommst du auf 1bar?
Überdruck oder Absolutdruck?

 

[LED_Supplier]

@LED_Supplier: Wie kommst du auf 1bar?
Überdruck oder Absolutdruck?

Wasser hat bei 100 Grad einen Dampfdruck von 1 Bar (Absolut). "deswegen" kocht wasser bei 100 Grad in Meereshöhe.

 

[LED_Supplier]

@LED_Supplier: Wie kommst du auf 1bar?
Überdruck oder Absolutdruck?

Wasser hat bei 100 Grad einen Dampfdruck von 1 Bar (Absolut). "deswegen" kocht wasser bei 100 Grad in Meereshöhe.

Oder anders gesagt, wenn das Essen einmal kocht, kannst du die Herdplatte von Stufe 9 auf 1 zurückschalten, das Essen wird genau so schnell fertig. Aber versuch das mal, deine Frau zu erklären ;-)

 

[werner_1]

Da er aber ein geschlossenes System hat, wird sich ein Überdruck einstellen und damit wird sich der Siedepunkt weiter nach oben verschieben.

Oder anders gesagt, wenn das Essen einmal kocht, kannst du die Herdplatte von Stufe 9 auf 1 zurückschalten, das Essen wird genau so schnell fertig.

Das hat ja einen anderen Grund: Bis zum Kochen musst du das Essen erhitzen und die Wärmeverluste ausgleichen. Wenn es kocht, brauchst du nur noch die Wärmeverluste ausgleichen.

 

[LED_Supplier]

@Werner: Nein, ich meinte in einem "offenem" System ist die Temperatur vom kochenden Wasser genau 100 Grad (Meereshöhe).

Allerdings hat der TE von einem geschlossenem System gesprochen, danach vom einem Wasserkocher (der eigentlich offen ist), und schließlich von 100 Grad.

Also 100 Grad Wasser ist wirklich 1 Bar, da geht kein Weg an vorbei.

 

[werner_1]

Also 100 Grad Wasser ist wirklich 1 Bar, da geht kein Weg an vorbei.

... in einem offenen System!

 

[LED_Supplier]

Also 100 Grad Wasser ist wirklich 1 Bar, da geht kein Weg an vorbei.

... in einem offenen System!

Nein, du hast es immer noch nicht verstanden. Der Dampfdruck oberhalb von Wasser von 100 Grad ist 1 Bar. Da kannst du einen geschlossenen Behälter mit 10 cm Wandstärke nehmen, in dem Moment das die Temperatur 100 Grad anzeigt ist der Druck genau 1 bar. Erst wenn die Temperatur weiter steigt, steigt auch der Druck. Aber der TE hat gesprochen von 100 Grad.

 

[goon]

Aber der verdampfungs Punkt muss ja nicht bei 100C liegen auf der Zugspitze wirst du j kein Ei gekocht bekommen dort verdampft das Wasser ja schon früher

 

[kingtahir]

Ganz vor weg, dass ist nur ein Gedankenexperiement.

Das Wasser soll in einem vollkommen geschlossenem System erhitzt werden. Man kann sich das so wie im Bild vorstellen, nur dass der Behälter bis es nicht mehr geht, voll gefüllt ist mit Wasser (sprich 10 ml). Wie ich noch weis wird das Volumen von Wasser bei erwärmung größer. Wenn also ich das Wasser erwärme kann das Wasser sich nicht ausbreiten, sprich der Duck müsste in die Höhe schießen. Ich habe in einem anderen Forum gelesen, dass der Druck unendlich sein soll (wenn der Behälter so stabil ist) oder nicht? Aber irgendwoanders habe ich auch gelesen, dass der Druck um paar 100 oder mehr bar ansteigt, jetzt würde ich gerne wissen was nun richtig ist und wie ich es berechnen kann.
Danke

 

[LED_Supplier]

nur dass der Behälter bis es nicht mehr geht, voll gefüllt ist mit Wasser (sprich 10 ml).

Das wäre dann aber ein anderes Gedankenexperiment. Jetzt hast du keine Gasphase (Dampf) mehr, die in Gleichgewicht mit der Flüssigkeit steht.

Jetzt hast du mit dem Wärmeausdehnungskoeffizient zu tun. Die Ausdehnung von festen oder flüssigen Phasen kannst du prinzipiell nicht aufhalten, egal mit welchem Druck. Also der Druck schießt ins unendliche. (Wenn du ein unendlich dicken Behälter hättest, der auch noch bis es nicht mehr geht zu füllen wäre).

Wobei bemerkt sei, dass Wasser zwischen 0 und 4 Grad einen negativen Ausdehnungskoeffizient hat (ziemlich seltsam).

 

[kingtahir]

Aso, also heißt das, wenn ich es schon um paar grad oder paar milligrad erhöhen würde, würde der Druck ins unendlich schießen?

 

[LED_Supplier]

ja, wenn du nicht im Bereich von 0 - 4 Grad bist.

Deswegen hat deine Heizung auch ein Ausdehnungsfaß.

 

[kingtahir]

Aso, Ok Danke für die schnelle Antworten

Habe nur noch eine kleine dumme Frage zu dem:

Die allgemeine Gleichung für die Wärmekapazität lautet: Q=c*m*dT
Dabei ist
- Q die thermische Energie, die der Materie zugeführt oder entzogen wird, d. h. eine Wärmemenge
- m die Masse der Substanz
- Delta T die Temperaturänderung.
c[Wasser 20°C] =4,182Ws*g^-1*K^-1
10ml~10g
Q=4,182Ws*g^-1*K^-1*10g*80K=3346Ws=0,93Wh
(alles Näherungswerte).

Ich habe ja jetzt die 3346 Ws raus. "werner_1" hat es jetzt so gerechnet = 3346 / 60 / 60 => 0,93 Wh ?
Aber das kann doch nicht sein, den wenn ich jetzt gucken will wieviel Watt es pro sekunden sind, rechne ich es doch so: = 0,93 /60/60 => 0,000258 Watt die Sekunde?!
Da stimmt doch was nicht?

 

[LED_Supplier]

Watt pro sekunde gibt es nicht.

Du brauchst für die Erwärmung 3346 Joule (=Energie). (Werner hat etwas präziser gerechnet als ich in meiner ersten Antwort).

Watt = Joule / Sekunde. 1 Watt eine Sekunde lang ist somit 1 Joule (der Elektriker sagt Ws). 1 Watt eine Stunde lang sind 3.600 Joule. Der Elektriker sagt 1 Wh. In der Phsysik vermeidet man eigentlich solche Begriffe wie Ws und sicherlich Wh da es oft verwirrend wirkt. Aber wir wollen ja gleich wissen was es kostet und da hat sich der Begriff (k)Wh nunmal eingebürgert.

 

[kingtahir]

Ok, dann hat sich ja alles erledigt :-D
Danke nochmal für die schnellen ANTWORTEN D