Springen naar inhoud

[Natuurkunde] Warmtegeleidingsvraag


  • Log in om te kunnen reageren

#1

shadowmitch

    shadowmitch


  • 0 - 25 berichten
  • 4 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 15 december 2005 - 12:27

Hey allemaal ik heb een vraag,

Er is een ijsblok 3 op 3 op 3 groot. Er zit een goud staaf in van 1, 9 kg in.
De temperatuur buiten bedraagt 8°C. Hoelang duurt het voor de goed staaf uit het uis breekt? kan iemand me de berekening maken want ik weet totaal niet hoe het moet.

bedankt alvast, ik heb het antwoord zo snel mogelijk nodig

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

mathy

    mathy


  • >25 berichten
  • 30 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 15 december 2005 - 12:58

je hebt de massa van het volume ijs (= 3*3*3 - 1,9kg/dichtheid(goud))
deze massa moet van bevroren toestand naar liquide toestand worden omgezet. de omgevingstemperatuur is ook al gegeven. dus gewoon je energie formuleke gebruiken om vaste vorm naar vloeistof vorm te brengen. deze energie moet geleverd worden door de omgevingstemperatuur(ik veronderstel dat de lucht geregeld verversd wordt en dat het ijs oorspronkelijk op 0°C). uit je 2de formuleke (verband tussen energie en omgevingstemp&tijd) komt je totale tijd om het goud volledig los te maken. was de C van ijs naar water niet iets van een 4018J/kg ofzoiets? kweet niet meer zeker, is al redelijk lang geleden. maar denk als je naar je formuletjes van in je cursus kijkt, dat je dan niet kunt missen.

#3

rodeo.be

    rodeo.be


  • >250 berichten
  • 647 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 15 december 2005 - 15:19

voor de mensen die twijfelen: er staat ergens een ijsblok met goudstaaf in, reclame voor
???

#4

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44861 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 15 december 2005 - 15:20

was de C van ijs naar water niet iets van een 4018J/kg ofzoiets?

nee, circa 4,2 J zijn nodig om 1 g water 1 K in temperatuur te doen stijgen. Smeltwarmte moet nog worden opgezocht, die is nogal wat groter.

Ik mis verder van shadowmitch nogal wat gegevens: want die luchtverversing die Mathy noemt is een cruciale factor. een blok van 3 op 3 op 3 wat ?? cm? m? km?? zit dat blokje goud middenin of ergens aan de rand?? ligt dat blok op een ondergrond, of hangt het op (rondom lucht)?Wat wordt verstaan onder "uitbreken"? betekent dat dat heel het blok gesmolten is?? Wordt dat smeltwater afgevoerd, of vormt dat nog een barriere bij de warmte-opname vor het smelten??

kortom, een nog wat vaag verhaal, maar dat zou kunnen komen omdat al deze vooronderstellingen in een bijbehorend paragraafje bekend gamaakt worden, en voor de eenvoud verder als geldend wrden beschouwd...
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#5

shadowmitch

    shadowmitch


  • 0 - 25 berichten
  • 4 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 16 december 2005 - 13:18

3 meter op 3 meter op 3 meter. Staat gewoon buiten en temperatuur buiten is 8°C en goudstaaf zit in het midden. Met uitbreken bedoel ik dat als het ijs niet meer zo sterk is breekt door het gewicht van de goudstaaf

#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44861 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 16 december 2005 - 15:32

je goudstaaf met een gewicht van 1,9 kg heeft waarschijnlijk afmetingen van iets in de orde van 3,3 x 3,3 x 10 cm, en kan dus nitecht als een ijsbreker worden beschouwd. Overige omstandigheden kennelijk nog steeds onbekend, dat wordt een heel pakket wilde aannames, kortom, gokwerk. :roll:
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#7

Bograb

    Bograb


  • >25 berichten
  • 80 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 23 december 2005 - 16:32

Om een ijsblok van 3m op 3m op 3m te laten smelten is er een energiewaarde van 8945000 joule nodig. Ik weet niet wat de gemiddelde temperatuur is om deze hoeveelheid te bereiken.
Desalniettemin sommeerde de accountant-administratieconsulant het achenebbisje jongetje te zandzeepsodemineraalwatersteenstralen.

#8

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44861 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 23 december 2005 - 16:46

Ik weet niet wat de gemiddelde temperatuur is om deze hoeveelheid te bereiken.

Dat kan bij elke temperatuur boven 0°C, alleen, hoe kouder, hoe langer het zal duren. Het kan zonodig zelfs nog bij temperaturen onder 0°C, zolang de waterdamp die vrijkomt als gevolg van het sublimerende ijs maar wordt afgevoerd. Om dit proces nog te versnellen zouden we vacuum kunnen toepassen (vriesdrogen).

:roll:
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#9

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 24 december 2005 - 00:54

Laten we ervan uitgaan dat de temperatuur van de lucht continue 8 graden is, omdat het een oneindig reservoir is en continue ververst wordt. Het block is 3x3x3 meter oftewel 27 kubieke meter oftewel 27000 liter. Het blokje goud heeft een dichtheid van 19.3 keer dat van water oftewel een blokje van 1.9 kilo is 100 mL goud. Als dat in de kern zit hou je nog 26999.9 liter over om het goud heen. Dus ik zou zeggen lekker verwaarlozen. Als je nu wilt weten hoe snel die 27 ton water smelt dan moet je weten hoeveel watt er door de lucht afgvoerd kan worden en hoeveel watt (joule per seconde) je moet weg smelten.

Een kilogram water laten smelten kost je 333kilo Joule. 27 ton water geeft dus 8991MegaJoule. Er moet dus door lucht van 8 graden zoveel joule gedissipeerd worden. Het moeilijke van deze vraag is volgens mij dat het contact oppervlak steeds kleiner wordt en dus ook hoeveel er aan de lucht afgegeven kan worden. In de begin situatie is er een contact oppervlak van 6 keer 9 meter (er van uitgaande dat de kubus op een magische manier door de lucht aan het zweven is) (6 vlakken van 3x3 meter) dus dat geeft 54 meter. Verder heeft de kubus een contact opp aan het einde van die 100 mL goud. Als we nou uitgaan dat het prces lineair verloopt, (dus de helft van het oppervlak betekent dat er maar de helft van de warmte wordt gedissipeerd. Zal vast niet netjes zijn, maar ik denk omdat het goud helemaal aan het einde pas gaat meewerken, dat het wel mag) (Zo niet, dan wordt het een integraal berekening en daar heb ik nu echt geen zin in) mag je gemiddeld stellen dat de helft van het oppervlak aanwezig is. Dus 54/2 = 27 vierkante meter.

Volgens mij heeft lucht een hitte geleidings coefficient van 0.026 W/m^2*K. 8 K levert dus 0.210 op, en 27m2 levert 5.66 op. Per seconde stroomt er dus 5.66 Joule uit het blok ijs. Er moest 8.991MJ gedissipeerd worden dus.

Volgens deze berekening waar ik ergens de fout in ben gegaan. (K*T, vloek tier enz.) Zou het 50 jaar kosten om een zwevend blok ijs te ontdooien.

Natuurlijk lijkt dit geen goede uitkomst. Misschien ergens een fout getal ingevoerd. Natuurlijk is het nooit zo dat je een blok ijs tegen komt wat alleen maar door lucht is omringt. Vaak zit er water in de lucht en is het van hogere temperatuur en staat het op eeen oppervlak.

Als iemand de fout eruit zou willen halen, graag.
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#10

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44861 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 24 december 2005 - 01:30

Goed, de eerste wilde aannames zijn gedaan, laten we er dan maar mee gaan spelen....
StrangeQuark schreef:

Als we nou uitgaan dat het prces lineair verloopt, (dus de helft van het oppervlak betekent dat er maar de helft van de warmte wordt gedissipeerd. Zal vast niet netjes zijn, maar ik denk omdat het goud helemaal aan het einde pas gaat meewerken, dat het wel mag) (Zo niet, dan wordt het een integraal berekening en daar heb ik nu echt geen zin in) mag je gemiddeld stellen dat de helft van het oppervlak aanwezig is.

Volgens mij zit een eerste foutje in het onderstreepte deel. Je neemt aan dat de afsmelting lineair in de tijd verloopt. Een aanname waarin ik mee wil gaan. Maar dat betekent niet dat je oppervlakte lineair in de tijd afneemt....Hier neemt de oppervlakte voor elke centimeter afsmelting volgens mij af volgens een exponentiële functie.

6*300*300= 540.000 cm2
na een centimeter afsmelting:
6*299*299=536.406 cm2 volumeverlies 3.594 cm3
na nog een centimeter afsmelting:
6*298*298=532.824 cm2 volumeverlies 3.582 cm3

En zo wordt het volumeverlies per cm afsmelting steeds kleiner en kleiner
De hoekeffecten neem ik hier maar niet in mee, dat wordt me wiskundig te ingewikkeld. Maar in de tijd gezien is je gemiddelde oppervlakte dus geen 27 m2
En met jouw gegevens kom ik ook aan 50 jaar. Maar als ik zo in mijn BINAS blader zie ik dat je voor lucht de warmtegeleidingscoëfficient per meter en niet per m2 gebruikt hebt. Tabellen 28 C en D geven de U-waarden voor bouwmaterialen, en die zijn hier bruikbaarder denk ik. We gaan uit van stilstaande lucht, en hiervoor kan ik geen u-waarden vinden zo gauw. Maar 30 mm minerale wol heeft een U-waarde van 0,79 W/m2.K. Dat scheelt al een factor 30.....
Dus nog maar ruwweg 1½ jaar.... en gelukkig waait het een beetje... :roll:
En daar zijn ook formules voor. Wie?? :D
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#11

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 24 december 2005 - 10:57

In ieder geval is het topic weer beter op weg. Wie gaat verder?
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#12

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44861 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 24 december 2005 - 11:17

quote mezelf:

Tabellen 28 C en D geven de U-waarden voor bouwmaterialen, en die zijn hier bruikbaarder denk ik. We gaan uit van stilstaande lucht, en hiervoor kan ik geen u-waarden vinden zo gauw.

Gek he, dat je voor luchtkastelen geen warmteverliezen kan berekenen. 8)
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#13

Bart

    Bart


  • >5k berichten
  • 7224 berichten
  • VIP

Geplaatst op 24 december 2005 - 11:33

Er is een blok ijs in de vorm van een kubus met een bepaald volume. Om symetrie redenen neem ik het blok goud ook als kubus, en deze bevindt zich precies midden in het ijs.
De hoeveelheid energie dQ die nodig is om een hoeveelheid dm aan ijs te smelten is

dQ = C dm = C p dV

waar C de smeltwarmte van 330 kJ / kg is, p de dichtheid van ijs en dV het volume dat gesmolten is.
De warmte dQ moet vanuit de lucht komen volgens

dQ = h T A(t) dt

waar h de warmteoverdrachtscoefficient, T=( 0-8 ) het temperatuursverschil (de Delta op dit forum is vervelend te typen) en A(t) het buitenoppervlak van de kubus op een tijdstip t. Deze twee vergelijkingen aan elkaar gelijkstellen geeft:

C p dV = h T A(t) dt

Nu is bij een kubus de verhouding tussen oppervlak en volume bekend:

A = 6 V2/3

zodat volgt:

(C p) / (6 h T) :roll: V-2/3 dV = dt

ofwel

T = (C p) * (V11/3 - V01/3)/ (2 h T)

met (V1 het volume van het goudblok en V0 en beginvolume van het ijs.

Het probleem ligt hem nu in het vinden van h. Vanwege luchtstroming, straling en geleiding is deze niet gelijk aan de waarde die SQ opgegeven heeft, maar hoger. Toch zal het lang duren voordat al het ijs gesmolten is want 27 ton ijs is een hoop en dat in een omgevingstemperatuur van 8 graden.

edit: haakje vergeten
If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants.-- Isaac Newton

#14

Bograb

    Bograb


  • >25 berichten
  • 80 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 24 december 2005 - 14:09

Het ijsblok in kwestie is een actie van de radiozender Q-music en staat op de Antwerpse Meir vanaf 16 december 2005 om 8 uur 's ochtends. Wie raadt wanneer de goudstaaf uit het ijsblok valt en de grond raakt wint
€ 25.000.
Om de goudstaaf uit het blok ijs te laten vallen moet niet het volledige ijsblok smelten. En bovendien denk ik dat we niet mogen uitgaan van een constante temperatuur van 8°C. In België is het in juli gemiddeld 17°C warm en in januari 3°C koud. Het is waarschijnlijk een beetje te ingewikkeld om met verschillende temperaturen te rekenen, dus kunnen we toch best een gemiddelde nemen. Laten we de 8°C bijsturen tot 10° C.
Het warmtegeleidingscoëfficient van stilstaande lucht bedraagt 0,026 W/mK.

Misschien kunnen we nu de berekening eens overdoen en vervolgens gewoonweg even wachten op iemand die ons komt helpen met de hoekeffecten en windformules en we zijn eruit.

Misschien een interessant weetje: het ijsblok is niet één massief blok, maar bestaat uit verschillende stukken. Wanneer het smeltproces eenmaal een beetje op gang komt, zou er wel eens een stuk kunnen afschuiven, wat het eindresultaat natuurlijk beïnvloed. Maar laten dit voor het gemak buiten beschouwing laten.
Desalniettemin sommeerde de accountant-administratieconsulant het achenebbisje jongetje te zandzeepsodemineraalwatersteenstralen.

#15

Bograb

    Bograb


  • >25 berichten
  • 80 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 24 december 2005 - 14:17

Ik had mijn vorige bericht al verzonden toen ik besefte dat ik nog niet uitgetypt was.

We kunnen met behulp van de formule van Bart of met die van StrangeQuark uitrekenen hoelang het volledige ijsblok erover doet om te smelten. Vervolgens kunnen we bekijken hoeveel ijs er weggesmolten moet zijn vooral de goudstaaf bloot komt te liggen. Aangezien hij 1,9 kg weegt denk ik niet dat hij weggeblazen kan worden door de wind.

Bovendien is de goudstaaf een balk van 3,14cm op 3,14cm op 10cm en staat hij rechtop in het ijs. Wanneer men een horizontale doorsnede van het ijs maakt, ligt het blok niet mooi in het midden, maar wanneer men een verticale doorsnede maakt, bevindt hij zich wel in het midden. Misschien hebben jullie daar nog iets aan.
Desalniettemin sommeerde de accountant-administratieconsulant het achenebbisje jongetje te zandzeepsodemineraalwatersteenstralen.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures