vraagstuk waarbij je een bepaalde einddruk moet uitrekenen

fernando stelde deze vraag op 24 juli 2007 om 20:56.

Je ziet 3 bakken die met elkaar verbonden zijn. Dat rode betekent dat de plek daar is afgesloten. De lucht in bak 1 kan dus op dit moment niet in bak 2 en 3 komen en andersom geldt hetzelfde.

In bak 1 heerst er een druk van 30 Pa en is het volume 30 cm3

In bak 2 heerst er een druk van 20 Pa en is het volume 40 cm3

In bak 3 heerst er een druk van 30 Pa en is het volume 30 cm3

 

Gevraagd is: Stel dat de rode stopjes worden weggehaald ( het word dan als het ware een grote bak ) , wat word dan de einddruk in de nieuwe situatie ?

 

Antwoord dat ik denk : Het nieuwe volume wordt 100 cm3.

Je weet dat P1 * V1 = P2 * V2

Dit moet je voor de 3 bakjes steeds uitzonderlijk uitrekenen.

Dus voor bakje 1 :

30 * 30 = 100 * P2 è P2 = 9

Voor bakje 2 : 20 * 40 = 100 * P2 è P2 = 8

Voor bakje 3 : P2 = 9

 

Het gemiddelde nieuwe einddruk is : 9 + 9 +8 , en dan delen door 3 = 8,66666 Pa

 

Reacties

Melvin op 24 juli 2007 om 23:27

Beste Fernando,

Je antwoord is creatief, maar helaas niet goed.

Een logische check is vaak nuttig: is het realistisch dat als drie vaten met ieder minstens 20 Pa aan druk hebben worden verbonden, de druk onder de 20 Pa komt (namelijk 8,7)?

Nu waarom het misgaat:
Je gebruikt P1*V1 = P2*V2 niet juist. Deze formule geldt als het aantal (gas)deeltjes en de temperatuur gelijk zijn.
De volledige formule is dan ook:
P*V = n*R*T, met n het aantal deeltjes (in mol), R de gasconstante en T de temperatuur (in Kelvin). Als het aantal deeltjes en de temperatuur constant zijn, dan is P*V dus constant, oftewel P1*V1=P2*V2.
Als de vaten verbonden worden, zit er per vat niet het gelijke aantal deeltjes in, dus je mag P1*V1 = P2*V2 niet per vat gebruiken.

Hoe dan wel?
Het totale aantal deeltjes (gas moleculen) van alle drie de vaten gezamelijk is wel constant. Dit is gelijk aan n1+n2+n3, oftewel de som van het aantal deeltjes in de losse vaten.
Voor de losse vaten geldt:
P1*V1 = n1*R*T ,
P2*V2 = n2*R*T en
P3*V3 = n3*R*T .
Voor het totaal geldt
Pt*Vt = (n1+n2+n3)*R*T
        = P1*V1+P2*V2+P3*V3 (ga zelf na)
Dus nu kan je zelf uitrekenen wat de totale druk Pt wordt, want Vt, P1, V1, P2, V2, P3 en V3 zijn bekend.

Was dit duidelijk?
Succes!

Groet,
Melvin

 

Ron op 25 juli 2007 om 14:40

Dag Fernando, Melvin,

Met het eerste antwoord van Fernando ben je een heel eind op weg. Denk er alleen eens over na waarom je als laatste stap door drie deelt. Is dat echt nodig? Zie eventueel ook het stukje over partiele druk op wikipedia: partiele druk 

Wat Melvin aanvoert is zeker juist maar kost misschien een beetje veel rekenwerk. Ik stel een andere methode voor. De druk in twee delen is al  30 Pa. Ik stel voor om voordat we de vaten losdraaien en onderling met elkaar verbinden, de druk in vat 2 ook te verhogen tot 30 Pa. Hiervoor is een volume verkleining X noodzakelijk. Het is vrij eenvoudig uit te rekenen hoe groot X is. Op het moment dat in alle drie de vaten de druk 30 PA is, draaien we de boel open en hebben dan uiteraard een groot vat met een druk van 30 Pa. Alleen weten we dat dit grote vat iets te klein is (namelijk de eerder berekende fractie X). Als laatste stap moeten we nu het grote vat, waar de druk 30 Pa is, met een fractie X vergroten. Dan zijn we weer met precies het goed aantal deeltjes in een ruimte die precies groot genoeg is.

De einddruk van dit alles is: 30 * (100 - x) / 100 Pa.

Probeer het eens op deze manier, plaats je oplossing in dit forum. Als je er echt niet uitkomt wil ik de oplossing wel geven maar ik vind het wel belangrijk dat je het eerst zelf probeert. 

Succes ermee.

 

 

 

fernando op 25 juli 2007 om 23:28

Ik snap de reactie van Melvin helemaal en als ik nu uitreken kom ik inderdaad op het goede antwoord. De reactie van Ron snap ik echter niet.

Al met al is deze vraag wel een stuk lastiger dan ik dacht..

In ieder geval erg bedankt voor jullie reacties.

Ron op 26 juli 2007 om 01:44

Aanvulling op de eerdere uitleg.

Zoals in de eerste bijdrage van mij aangegeven, wil ik eerst in alle drie de vaten da druk naar 30 Pa brengen. Dat is voor 1 en 3 niet zo moeilijk, daar is de druk al 30 Pa. In vat 2 is de druk echter 20 Pa, die druk moet ik dus opvoeren. Dat doe ik door het volume te verkleinen. 

Toepassen van p * v = p* v ( 20 * 40 = 30 * vnieuw) levert me een volume v2 van v2 = 800 / 30 =  26,67 cm3 (afgerond). Het volume van v2 moet dus verminderd worden met 40 - 26,67 = 13,33 cm3 , dat is de x uit de eerste uitleg.

Als ik nu het volume van de drie vaten tezamen neem, dan is dat 30+26,67+30=86,67cm3. Ik weet zeker dat de druk hier 30 Pa is. Ik heb alleen de inhoud verkleind, om dit weer te corrigeren maak ik nu het totale volume weer groter, het moet weer 100 cm3 worden. De druk die ik dan krijg bereken ik met de formule 30 * 86,67 = Pnieuw *  100. Ik vind dan: Pnieuw = 30 * 86,67 / 100 = 26 Pa.

Dat is ook het antwoord dat Fernando in de eerste uitwerking had, voordat hij dit door 3 deelde. Het delen door 3 was dus niet nodig.

Gebruik makend van de x uit mijn eerste uitwerking vind je p = 30 * (100-13,33) = 26 Pa.

Ik neem aan dat de methode van Melvin ook hetzelfde antwoord oplevert.

Zo zie je maar weer dat je ook deze som op verschillende manieren kunt oplossen. Het is jammer dat mijn eerste bijdrage niet direct duidelijk was maar ik hoop dat deze aanvulling het goedmaakt.

 

 

Fernando op 26 juli 2007 om 11:25

Bedankt Ron voor de aanvulling, het is mij nu wel duidelijk. Maar ik zou er zelf niet opkomen om het op die manier op te lossen..haha !

Eigenlijk wel grappig dat ik het goed had voordat ik door 3 ging delen, was dat toeval ? of heb ik het juist toegepast?

 In ieder geval erg bedankt !!

Melvin op 26 juli 2007 om 16:36

Beste Fernando,

Wat jij had gedaan, is berekenen hoeveel het gas van ieder vat aan de totale druk zou toevoegen. Dat komt inderdaad uit op vat 1 en vat 3 dragen 9 Pa bij aan de druk van het totaal en vat 2 draagt 8 Pa bij. Totaal is het dus 9+9+8=26 Pa, voor alle vaten. Dit is natuurlijk anders dan dat vaten 1 en 3 een druk van 9 Pa hebben en het tweede vat 8 Pa; het gas uit ieder vat wordt verdeeld over alle vaten en levert dan een gedeelte van de druk.

Eigenlijk is dat precies de methode die ik eerder heb beschreven, maar met de haakjes uitgeschreven:

Pt = P1*V1/Vt + P2*V2/Vt + P3*V3/Vt heb jij uitgerekend (zonder het door 3 delen)
Pt = (P1*V1 + P2*V2 + P3*V3) / Vt was mijn suggestie. Dit is natuurlijk precies hetzelfde.

Groet,
Melvin

 

 

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft negentien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)