Springen naar inhoud

Warmteberekeningen met faseovergangen.



  • Log in om te kunnen reageren

#1

Made By Ipax

    Made By Ipax


  • >25 berichten
  • 80 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 29 september 2012 - 17:11

Hallo allemaal,

we kregen een vraagstuk over warmteberekeningen met faseovergangen tijdens de lessen fysica en ik kon er niet echt aan uit.

Vraagstuk:

We hebben 5kg ijs op -20°C en daaraan voegen we 10kg paraffine(vloeibaar) op een temperatuur van 150°C toe(in een ideale caloriemeter). En de stoltemperatuur van het vloeibaar paraffine is 46°C, bereken de eind temperatuur van het mengsel. We houden geen rekening met de verandering van de soortelijke warmtecapaciteit bij temperatuurstoename of -afname.

lsparaffine= 209 kJ / kg
lswater= 355 kJ / kg
cijs = 2.2 kJ / kg*K
cwater= 4.19 kJ / kg*K
cparaffine= 2.14 kJ / kg*K

(de verandering van de soortelijke warmtecapaciteit bij faseovergang van de paraffine is verwaarloosbaar)

Hint: evalueer de verschillende scenario's.
Scenario 1: eind temp. = 0°C
Scenario 2: eind temp. < 0°C
Scenario 3: eind temp. > 0°C en < 46°C
Scenario 4: eind temp. = 46°C
Scenario 5: eind temp. > 46°C

Warmte nodig om het ijs een temperatuursverandering te laten ondergaan van -20°C tot 0°C.

Qijs= mijs * cijs * ΔT
Qijs= 220 kJ

Warmte nodig om het ijs te laten smelten.
Qsmelt= mwater * lswater
Qsmelt= 1775 kJ

Warmte nodig om het water een temperatuursverandering te laten ondergaan van 0°C tot 100°C.

Qwater= mwater * cwater * ΔT
Qwater= 2095 kJ


Warmte nodig om het ijs een temperatuursverandering te laten ondergaan van 150°C tot 46°C.

Qparaffine vloeibaar= mparaffine * cparaffine * ΔT
Qparaffine vloeibaar= 2225 kJ

Warmte nodig om het ijs te laten smelten.
Qstol= mparaffine * lsparaffine
Qstol= 2090 kJ

Warmte nodig om het water een temperatuursverandering te laten ondergaan van 46°C tot 0°C.

Qparaffine vast= mparaffine * cparaffine * ΔT
Qparaffine vast= 984 kJ

Hoe moet ik verder? :?

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

#2

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44869 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 29 september 2012 - 19:09

Even een paar stapjes terug, je lijkt doelloos rond te dolen. en je verdere berekeningen bevatten door het kopieerplakwerk verkeerde titels zodat de boel onvolgbaar wordt.

Laten we eens een handige temperatuur zoeken om beide stoffen naartoe te brengen. Bereken eens hoeveel energie het ijs nodig heeft om water van 46°C te worden, en hoeveel energie er vrijkomt als je paraffine afkoelt van 150 naar 46°C, (maar nog steeds in vloeibare toestand) .

Wat er over is aan energie gaan we vanaf dat punt verder gebruiken om beiden vanaf 46°C op te warmen, of, wat we aan energie tekortkomen gaan we vanaf dat punt eerst terughalen door (zonodig slechts een deel van) de paraffine te laten stollen.
+++++++++++++++
Qijs= mijs * cijs * ΔT
Qijs= 220 kJ

Warmte nodig om het ijs te laten smelten.
Qsmelt= mwater * lswater
Qsmelt= 1775 kJ


Warmte nodig om water op te warmen tot 46°C
Q = .................

totaal voor 5 kg water van 46°C : .. + ..+ ..... = ...... J


Warmte nodig om het ijs de paraffine een temperatuursverandering te laten ondergaan van 150°C tot 46°C.

Qparaffine vloeibaar= mparaffine * cparaffine * ΔT
Qparaffine vloeibaar= - 2225 kJ


Dus, hebben we nu op dit punt energie over of tekort?

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
zie voor het principe van dit werk ook

[microcursus] warmtecapaciteit deel 2: de rekenbladmethode

en dan eerst dat spaarvarken....
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

#3

Made By Ipax

    Made By Ipax


  • >25 berichten
  • 80 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 30 september 2012 - 12:56

Oke dat kan ik.

Warmte nodig om het ijs een temperatuursverandering te laten ondergaan van -20°C tot 0°C.

Qijs= mijs * cijs * ΔT
Qijs= 220 kJ

Warmte nodig om het ijs te laten smelten.
Qsmelt= mwater * lswater
Qsmelt= 1775 kJ

Warmte nodig om het water een temperatuursverandering te laten ondergaan van 0°C tot 46°C.
Qwater= mwater * cwater * ΔT
Qwater= 964 kJ

Q-20°C tot 46°C= Qijs + Qsmelt + Qwater
Q-20°C tot 46°C= 220 kJ + 1775 kJ + 964 kJ= 2959kJ

Maar de warmteafname van het vloeibaar paraffine van 150°C tot 46°C bedraagde 2225 kJ.
Dus komen we nog 734 kJ te kort om het water tot een evenwichtstemperatuur van 46°C te brengen, daarbij levert de stolling van het paraffine ons ook nog 2090 kJ aan energie op wat toch maakt dat Teindwater= Teindparaffine= 46°C. Hier tegenover staat dat onze paraffine nog 1356 kJ aan warmte niet kan afgeven tijdens de stollingsfase, dit wil dus zeggen dat het grootste deel van de paraffine nog vloeibaar is.

Qoverschot = mvloeibaar * lsparaffine → mvloeibaar= Qoverschot / lsparaffine= 1356 kJ / 209 kJ/kg= 3,511kg

Nietwaar?

#4

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44869 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 30 september 2012 - 13:29

Ja, alleen een notatiefoutje, 1356(J)/209(J/kg) is niet 3,511 kg

734 / 209 is dat wel.

je eindigt dus op 46°C, met alle water vloeibaar op die temperatuur, met 3,511 kg vaste en dus ook 10-3,511 = 6,489 kg vloeibare paraffine.

En had je bijvoorbeeld aan alle gestolde paraffine ook nog niet genoeg gehad, dan ga je je tekort gewoon verder "aanvullen" door je vaste paraffine en vloeibaar water terug af te koelen totdat het weer klopt.

Er is in dit soort zaken geen andere weg dan "trial and error", maar als je handige punten zoekt om eerst eens naar toe te rekenen dan kom je er vlot genoeg. Wel een kwestie van overzicht te houden en dus steeds netjes te noteren welk getal nou eigenlijk wat voorstelt. Vandaar dat ik in dat microcursusje voorstel om alles in een rekentabelletje te houden.
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






Also tagged with one or more of these keywords: natuurkunde

0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures