Adiabatisch (vortex tube)
jan bruning stelde deze vraag op 27 februari 2023 om 21:45.
Klopt het dat je als je een gas laat uitzetten in vacuum, de temperatuur hetzelfde blijft?
Deze vraag kwam op na het voelen van hoe koud een autoband ventiel kan worden als je de lucht er uit laat stromen.(hoge druk lucht snelheid vermindert door botsingen de "stilstaande" lucht buitenlucht)
Als je dat in vacuum zou laten gebeuren zou ventiel eerst niet kouder worden dus.
Wat doet een vortex tube is al een tijdje onderwerp van onderzoek : is dat meer dan leeg stromen van lucht onder druk naar atm. druk?????
Deze vraag kwam op na het voelen van hoe koud een autoband ventiel kan worden als je de lucht er uit laat stromen.(hoge druk lucht snelheid vermindert door botsingen de "stilstaande" lucht buitenlucht)
Als je dat in vacuum zou laten gebeuren zou ventiel eerst niet kouder worden dus.
Wat doet een vortex tube is al een tijdje onderwerp van onderzoek : is dat meer dan leeg stromen van lucht onder druk naar atm. druk?????
Reacties
Theo de Klerk
op
27 februari 2023 om 22:53
Nee, want je uitgangspunt (botsingen met lucht) is fout.
Het gaat om expansie van een gas waardoor deeltjes een groter volume gaan innemen. Volgens een paar thermodynamische wetten neemt het volume toe en de druk af. Maar niet met een gelijke factor (volume neemt minder snel toe dan druk afneemt) zodat de arbeid die het gas verricht, W = (-) p dV positief is: er gaat energie in de expansie zitten en dit gaat ten koste van de temperatuur als de expansie adiabatisch verloopt (geen warmte van buitenaf toegevoerd of afgevoerd).
Zie ook https://nl.wikipedia.org/wiki/Adiabatische_expansie
Ook gas dat naar een vacuum expandeert koelt dus af (en daarmee ook het ventiel waaruit het ontsnapt).
Voor vortex tube, zie https://en.wikipedia.org/wiki/Vortex_tube
Het gaat om expansie van een gas waardoor deeltjes een groter volume gaan innemen. Volgens een paar thermodynamische wetten neemt het volume toe en de druk af. Maar niet met een gelijke factor (volume neemt minder snel toe dan druk afneemt) zodat de arbeid die het gas verricht, W = (-) p dV positief is: er gaat energie in de expansie zitten en dit gaat ten koste van de temperatuur als de expansie adiabatisch verloopt (geen warmte van buitenaf toegevoerd of afgevoerd).
Zie ook https://nl.wikipedia.org/wiki/Adiabatische_expansie
Ook gas dat naar een vacuum expandeert koelt dus af (en daarmee ook het ventiel waaruit het ontsnapt).
Voor vortex tube, zie https://en.wikipedia.org/wiki/Vortex_tube
Jaap
op
28 februari 2023 om 17:41
Dag Jan Bruning,
Laten we aannemen dat het proces adiabatisch verloopt: zonder uitwisseling van warmte Q met de omgeving. En laten we aannemen dat er geen 'verliezen' zijn door wrijving en dergelijke.
Als je een 'ideaal gas' snel laat uitzetten in een vacuüm, blijft de temperatuur hetzelfde.
Het expanderende gas verricht geen arbeid op de omgeving, want die is vacuüm.
En bij een ideaal gas veronderstellen we dat de moleculen geen aantrekkende kracht op elkaar uitoefenen. Daarom verricht het gas ook geen arbeid om zelf te expanderen; er gaat geen energie in de expansie zitten.
In de praktijk gedraagt zo'n expanderend gas zich bij benadering als een ideaal gas, maar niet exact.
Als je een 'reëel gas' snel laat uitzetten in een vacuüm, daalt de temperatuur enigszins.
De afstand tussen de moleculen van het expanderende gas neemt toe, tegen de onderlinge aantrekkende krachten in. Hierdoor neemt de inwendige potentiële energie toe, ten koste van de inwendige kinetische energie en dit uit zich in een temperatuurdaling. (De totale inwendige energie blijft even groot.) Dit wordt het Joule-Thomson-effect genoemd.
Dit effect treedt ook op als een reëel gas snel expandeert in de buitenlucht, naast de temperatuurdaling als gevolg van de arbeid die het expanderende gas, zoals je in andere woorden zegt, verricht op de buitenlucht.
(Terzijde: het Joule-Thomson-effect leidt boven de zogenoemde inversietemperatuur tot een temperatuurstijging van het expanderende gas. De inversietemperatuur is echter ver boven kamertemperatuur, enkele gassen uitgezonderd.)
Theo noteert W = (-) pV. Dat is niet juist.
Groet, Jaap
https://nl.wikipedia.org/wiki/Joule-Thomson-effect
Laten we aannemen dat het proces adiabatisch verloopt: zonder uitwisseling van warmte Q met de omgeving. En laten we aannemen dat er geen 'verliezen' zijn door wrijving en dergelijke.
Als je een 'ideaal gas' snel laat uitzetten in een vacuüm, blijft de temperatuur hetzelfde.
Het expanderende gas verricht geen arbeid op de omgeving, want die is vacuüm.
En bij een ideaal gas veronderstellen we dat de moleculen geen aantrekkende kracht op elkaar uitoefenen. Daarom verricht het gas ook geen arbeid om zelf te expanderen; er gaat geen energie in de expansie zitten.
In de praktijk gedraagt zo'n expanderend gas zich bij benadering als een ideaal gas, maar niet exact.
Als je een 'reëel gas' snel laat uitzetten in een vacuüm, daalt de temperatuur enigszins.
De afstand tussen de moleculen van het expanderende gas neemt toe, tegen de onderlinge aantrekkende krachten in. Hierdoor neemt de inwendige potentiële energie toe, ten koste van de inwendige kinetische energie en dit uit zich in een temperatuurdaling. (De totale inwendige energie blijft even groot.) Dit wordt het Joule-Thomson-effect genoemd.
Dit effect treedt ook op als een reëel gas snel expandeert in de buitenlucht, naast de temperatuurdaling als gevolg van de arbeid die het expanderende gas, zoals je in andere woorden zegt, verricht op de buitenlucht.
(Terzijde: het Joule-Thomson-effect leidt boven de zogenoemde inversietemperatuur tot een temperatuurstijging van het expanderende gas. De inversietemperatuur is echter ver boven kamertemperatuur, enkele gassen uitgezonderd.)
Theo noteert W = (-) pV. Dat is niet juist.
Groet, Jaap
https://nl.wikipedia.org/wiki/Joule-Thomson-effect
jan b
op
30 april 2023 om 14:46
Hai Jaap,
Dank je wel voor je antwoord, helemaal duidelijk.
het joule thomson effect(beetje) en arbeid uitstromende lucht(3 bar) tegen de 1 bar buitenlucht :
kan dit het sterke afkoelen verklaren ?
bij de vortex tube gebeurt o.a. dit ook : 3 bar lucht wordt door kleine kanaaltjes geperst en stroomt dan via de cirkelvormige kamer, waarbij een sterke cirkelvormige stroming ontstaat.
het bijzondere is nu, dat deze stroming 2 porties lucht oplevert, die gescheiden worden. De koude portie bevindt zich in binnenste van de buis en verlaat buis naar koude uitstroom(bv links)opening en de andere(warmere)portie stroomt naar rechts.
Door de uitstroom rechts meer of minder af te knijpen, krijg je links koudere resp minder koude uitstroom. Het bijzondere is dan met name dat de temperatuur van linker gedeelte tot -30 graden afkoelt. Dat willen we graag verklaren met het kinetisch gas model(met een aantal zeker middelbaar geschoolde personen).
Het lijkt ons voor natuurkunde docenten ook een interessant studie object.
Dank je wel voor je antwoord, helemaal duidelijk.
het joule thomson effect(beetje) en arbeid uitstromende lucht(3 bar) tegen de 1 bar buitenlucht :
kan dit het sterke afkoelen verklaren ?
bij de vortex tube gebeurt o.a. dit ook : 3 bar lucht wordt door kleine kanaaltjes geperst en stroomt dan via de cirkelvormige kamer, waarbij een sterke cirkelvormige stroming ontstaat.
het bijzondere is nu, dat deze stroming 2 porties lucht oplevert, die gescheiden worden. De koude portie bevindt zich in binnenste van de buis en verlaat buis naar koude uitstroom(bv links)opening en de andere(warmere)portie stroomt naar rechts.
Door de uitstroom rechts meer of minder af te knijpen, krijg je links koudere resp minder koude uitstroom. Het bijzondere is dan met name dat de temperatuur van linker gedeelte tot -30 graden afkoelt. Dat willen we graag verklaren met het kinetisch gas model(met een aantal zeker middelbaar geschoolde personen).
Het lijkt ons voor natuurkunde docenten ook een interessant studie object.
