Hallo zusammen, mich beschäftigt gerade folgende Frage: In einem druckdichten Gefäß befinden sich Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 im idealen Verhältnis von 2 zu 1. Was passiert wenn dieses Gemisch gezündet wird? Im ersten Ansatz hätte ich gesagt, das Ding fliegt auseinander. Aber je länger ich drüber nachdenke umso weniger plausibel klingt es. Beispiel: Das Gefäß (3 Liter) ist mit 2l H2 und 1l O2 gefüllt. Nach der Reaktion bleiben ein paar Milliliter Wasser übrig. Da es druckdicht ist müsste dann darin ein (fast) Vakuum herrschen. Was passiert wenn ich die Gase unter hohen Druck einfülle und dann zünde? Was sagt ihr dazu?
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Martin L. schrieb: > Nach der Reaktion bleiben ein paar Milliliter Wasser übrig. Irgendwann vielleicht schon. Aber dir ist hoffentlich klar, dass die Reaktion exotherm verläuft.
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Ja, schon, aber das sagt ja nur das Energie abgegeben wird... Was passiert da, da sich zeitgleich ja das Volumen verkleinert? Gruß Martin
Martin L. schrieb: > Was passiert da, da sich zeitgleich ja das Volumen verkleinert? Spassvogel. Nimm dir ein Beispiel an den Japanern. Die wissen mittlerweile was dann passiert. Und nein, deren Wasserproblem rührt nicht daher. http://www.spiegel.de/video/japan-zweite-explosion-im-atomkraftwerk-fukushima-video-1115160.html
Der Ablauf der Berechnung : Waermemenge der Reaktion auf dieses Volumen errechnen. Das Produkt, Wasser, mit dieser Waermemenge versehen ... ergibt eine Temperatur bei Normaldruck, ... mit vorgegebenem Volumen adiabatisch komprimieren, ergibt einen Druck und Temperatur. So etwa.
Martin L. schrieb: > In einem druckdichten Gefäß befinden sich Wasserstoff H2 und > Sauerstoff O2 im idealen Verhältnis von 2 zu 1. ... > Im ersten Ansatz hätte ich gesagt, das Ding fliegt auseinander. Was jetzt nun. Ist Dein hypothetisches Gefäß jetzt druckdicht, oder nicht?
Unbekannt Unbekannt schrieb: >> Im ersten Ansatz hätte ich gesagt, das Ding fliegt auseinander. > > Was jetzt nun. Ist Dein hypothetisches Gefäß jetzt druckdicht, oder > nicht? Vor der Explosion war es druckdicht...
Die richtige Frage lautet : berechne die Wandstaerke fuer Material (xxx) Und welche Wandstaerke wuerden wir benoetigen, wenn wir fluessig eingefuellt hatten, ohne die Wand thermisch kalt zu machen.
Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb: > Der Ablauf der Berechnung : Waermemenge der Reaktion auf dieses Volumen > errechnen. Das Produkt, Wasser, mit dieser Waermemenge versehen ... Stimmt schon, nur die eigentlich interessante Frage lautet doch: Wie hoch ist der Höchstdruck im Behälter während bzw. bei Beendigung der Reaktion? > ergibt eine Temperatur bei Normaldruck, ... mit vorgegebenem Volumen > adiabatisch komprimieren, ergibt einen Druck und Temperatur. Soweit so klar. Aber interessant wird's doch erst bei einem pseudorealen Kessel - immerhin stand ja auch im OP nur "druckdicht", aber nicht "ideal isoliert". > So etwa. Ja, ich häng' mich dann mal für den zweiten Teil dran, wenn ich darf: Setze T_Kessel = T_Umgebung ein ... Berechne Enddruck des Gefäßes. ;-) Wäre wirklich interessant, das durchzuknattern. Immerhin hat sich die oberflächlich als trivial erscheinende Aufgabe doch als interessanter als angegebenn dargestellt, zumindest für mich. Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb: > Die richtige Frage lautet : berechne die Wandstaerke fuer Material (xxx) > Und welche Wandstaerke wuerden wir benoetigen Spätestens damit kommst Du komplett in Teufels Küche, da man "ingenieursmässig" dann auch noch die Wärmewiderstände und -Kapazität von Material xxx berücksichtigen müsste. > wenn wir fluessig eingefuellt hatten, > ohne die Wand thermisch kalt zu machen. Ja, wäre auch interessant. Möglichkeiten gäbe es viele. LG, N0R
Hallo, da werden jetzt ein paar halbgültige Annahmen durcheinandergeworfen. Zum einen ist das ideale Mischungsverhältnis nicht 2 l H2 und 1 l O2, sondern 2 Mol H2 und 1 Mol O2; somit also im Gewichtsverhältnis 1:8 H2 zu O2. Damit beträgt aber das optimale volumetrische Mischungsverhältnis 1:1,03 H2 zu O2 unter Normalbedingungen. In ein 3l Gefäß passen somit rund 0,13g H2 und 2,14g O2. Gesamt werden also 2,27g entsprechend 0,126 Mol Wasser erzeugt. Die Reaktion erfolgt dabei mir einer Geschwindigkeit von 2820 m/s, womit tatsächlich die Wärmeleitung in das umliegende Gehäuse komplett zu vernachlässigen ist. Die entstehende Energie von 36 kJ wird also vollständig vom Wasser aufgenommen. Bei 25°C beträgt die Verdampfungsenthalpie der 0,126 Mol Wasser etwa 5,54 kJ, es bleiben also rund 30,5 kJ zur Erhitzung des Wasserdampfes übrig. Wasserdampf hat näherungsweise eine Wärmekapazität von 1,86 kJ/kg*K, damit erhöht sich die Temperatur des Wasserdampfes auf rund 7250 °C. Der Druck des Dampfes entspricht wegen p*V=n*R*T (mit T in Kelvin) rund 2630 kPa und somit also rund 26,3 bar in der Spitze. Natürlich wird dann die Wärme an das Gefäß abgegeben und der Druck würde nach Temperaturausgleich mit der Umgebung bei ~110°C auf ~1,43 bar abnehmen. Bei weiterem Abkühlen würde dann der Dampf kondensieren, so dass sich bei 25°C ein Dampfdruck von 34 mBar einstellen würde (also nahezu Vakuum). Schöne Grüße, Martin
26 bar sind ja nicht so viel. Angenommen man hat 1lt gefäs mit einer Düse und lasst gas mit 3bar einstromen und zündet es. Dann hat man eine Temperatur >5000 grad Lasst man dann Wasser mit >100 bar einspritzen sollte dieselbe Reaktion ablaufen. Geht so was? Wenn ja wie lange dauert die thermische Übertragung bis sich das gefass auf sagen wir mal um 200 grad erhöht. Angenommen das Gefäß ist aus Titan mit einer Versteifung aussen aus Messing und Kevlar.
Martin L. schrieb: > Hallo, > > da werden jetzt ein paar halbgültige Annahmen durcheinandergeworfen. Zum > einen ist das ideale Mischungsverhältnis nicht 2l H2 und 1l O2, sondern > 2 Mol H2 und 1 Mol O2; somit also im Gewichtsverhältnis 1:8 H2 zu O2. Kann nicht stimmen, denn die molare Masse von Sauerstoff beträgt ungefähr 16. > Damit beträgt aber das optimale volumetrische Mischungsverhältnis > 1:1,03 H2 zu O2 unter Normalbedingungen. Wo kommt diese Zahl her? 1 Mol sind bekanntlicherweise 22,4 Liter, ergo passen 3 Liter rund 0.134 Mol Gas, die stöchiometrisch zu zwei Teilen Wasserstoff pro Teil Sauerstoff aufzuteilen sind. > In ein 3l Gefäß passen somit rund 0,13g H2 und 2,14g O2. Ich komme auf 0,178g H2 und 1,428g O2 ... > Gesamt werden also 2,27g entsprechend 0,126 Mol Wasser erzeugt. ...respektive auf gut 3g Wasserdampf bzw. 0.178 Mol. Bei einem von uns ist also der Wurm drin. > Die entstehende Energie von 36 kJ... Die restlichen Gedanken zu den Temperaturen und Drücken scheinen zu stimmen. LG, N0R
Norbert M. schrieb: > Kann nicht stimmen, denn die molare Masse von Sauerstoff beträgt > ungefähr 16. Nur gibts in H2O doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff. Ergibt 2:16 = 1:8.
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Stimmt, 4 mal 8 ist ja auch wieder 32 (O2).... Mann bin ich heute wieder blöd :-( Sorry.
Was soll das werden? Ein Auto, das mit H2 O2 fährt? Kurz bevor der Kolben unten ist wird gezündet und dann soll sich das zu Wasser wandeln und anhand dem Vacuum den Kolben hoch ziehen? Das haben sicher schon viele versucht. Gelungen ist es wohl auch schon ein paar - wenn man den Youtube Videos glauben schenkt.
Markus Müller schrieb: > Ein Auto, das mit H2 O2 fährt? Ist doch kein Problem, mit H2O2 zu fahren. Nur vielleicht nicht ganz ungefährlich.
Hallo, Norbert M. schrieb: > Martin L. schrieb: >> Damit beträgt aber das optimale volumetrische Mischungsverhältnis >> 1:1,03 H2 zu O2 unter Normalbedingungen. > > Wo kommt diese Zahl her? 1 Mol sind bekanntlicherweise 22,4 Liter, ergo > passen 3 Liter rund 0.134 Mol Gas, die stöchiometrisch zu zwei Teilen > Wasserstoff pro Teil Sauerstoff aufzuteilen sind. Hast recht, hier hab' ich mich verrechnet, ich war über die Dichte gekommen hab' aber dann dummerweise irgendwo einen Kehrwert hineinbekommen. Richtig lautet es: Aus den Dichten bei Normalbedingungen und dem molaren Verhältnis (H2: 0,0899 g/l -> *1l -> 0,0899 g -> *8 -> 0,7192 g O2 -> / 1,428 g/l -> 0,503 l Also ist das optimale volumetrische Mischungsverhältnis doch 2:1... >> In ein 3l Gefäß passen somit rund 0,13g H2 und 2,14g O2. > > Ich komme auf 0,178g H2 und 1,428g O2 ... Richtig. > >> Gesamt werden also 2,27g entsprechend 0,126 Mol Wasser erzeugt. > > ...respektive auf gut 3g Wasserdampf bzw. 0.178 Mol. > Bei einem von uns ist also der Wurm drin. Hier ist dann bei Dir der Wurm 'drin, da Du aus 1,606 g Gas gut 3 g Wasser machst (bzw. aus 0,134 Mol Gas 0,178 Mol Wasser). Korrekt sind dann aber 0,089 Mol Wasser (bzw. 1,6078 g) >> Die entstehende Energie von 36 kJ... sind dann 25,45 kJ > Die restlichen Gedanken zu den Temperaturen und Drücken scheinen zu > stimmen. Bin ich mir nicht mehr ganz sicher, da ja das Wasser in der Gasphase gebildet wird und deswegen vermutlich keine Verdampfungsenthalpie benötigt wird. Damit ergibt sich dann aber eine Maximaltemperatur von ~ 8.500 °C und damit ein Maximaldruck von rund 30,7 bar. Gemeinsam haben wir jetzt hoffentlich das richtige Ergebnis ;-) Ach ja, das mit der Wassereinspritzung hab' ich nicht verstanden - allerdings ist Titan auf Grund der Wasserstoffversprödung nicht ohne weiteres als Gefäßmaterial geeignet. Schöne Grüße, Martin
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