Even de start van je topic:
Als een staaf met lengte 100 meter en een diameter van 0,1 meter afkoelt van 50 graden Celsius naar 10 graden Celsius, wordt deze staaf 9,2 centimeter korter (lineaire uitzettingscoefficient van aluminium is 0,000023 per Kelvin).
Berekening : 100x40x0,000023 = 0,092 meter = 9,2 centimeter.
Stel dat deze temperatuurwisseling plaatsvindt gedurende 1 uur.
Mijn vraag:
Hoe denk jij die staaf in 1 uur , 40 graden C. af te koelen en wat is dus de benodigde koelenergie?
-
oktagon
- Artikelen: 0
- Berichten: 4.502
- Lid geworden op: di 21 feb 2006, 12:28
-
RiverPeter
- Artikelen: 0
- Berichten: 16
- Lid geworden op: zo 15 jun 2008, 10:49
Re: Welke kracht levert uitzetten/krimpen van aluminium ?
Oktagon,
Door deze staaf in een grote, goed geisoleerde, buis te leggen en daar water doorheen te pompen vanuit een goed geisoleerd groot reservoir met water van 10 graden Celsius. Dit water wordt dan opgevangen in een ander goed geisoleerd reservoir. Na de volledige warmteoverdracht (de staaf is nu geheel 10 graden Celsius) heb je in het tweede reservoir water dat warmer is dan 10 graden Celsius. In principe is de warmte-energie-inhoud van het totale systeem (warmte-energie-inhoud van al het water + warmte-energie-inhoud van de staaf) dan niet veranderd. Waar komt dan toch die bewegingsenergie van rekken/krimpen vandaan ?
Een berekening :
De benodigde koelenergie is :
Oppervlakte staaf = 7854 mm2, lengte is 100.092 mm dus inhoud = 786.122.568 mm3 = 786,12 liter = 0,786 m3
Specifieke warmte Aluminium is 900 Joule per kilogram per Kelvin
Dichtheid aluminium = 2700 kg per m3
0,786 m3 aluminium weegt dus 2122 kg
40 graden kouder maken van 2122 kg. aluminium levert dus 40*900*2122 = 76,4 MJ energie
Deze energie wordt afgegeven aan het langsstromende water.
Het langsgestroomde water is dus warmer geworden.
Stel er is 25.000 liter water met begintemperatuur van 10 graden Celsius langs de staaf gestroomd, dan is dit water gemiddeld in temperatuur toegenomen met 18,3 graden, dus is dat gemiddeld 28,3 graden geworden.
(om 1 liter water 1 graad Celsius te verhogen heb je 4,18 Joule energie nodig)
In de natuurkunde die ik geleerd heb, kun je dit op deze wijze benaderen, mits je geen warmteverliezen zou hebben. Dus er is geen warmte ontsnapt naar de omgeving. Er is louter warmte overgedragen van een aluminium staaf naar water. Echter denk ik dat de gemiddelde temperatuur van het water tóch geen 28,3 graden zou zijn, maar lager, ondanks het feit dat er geen warmte naar de omgeving is verdwenen.
Graag wil ik kunnen berekenen wat dus de werkelijke gemiddelde eindtemperatuur van het water zal zijn, rekening houdend met alle vormen van energie die er bestaan, wél uitgaand van een 100 procent perfect geïsoleerd systeem (wat uiteraard in de praktijk niet kan, maar daar gaat het mij nu niet om).
Er moet energie vanuit het kouder worden van de staaf zowel naar het water als naar het krimpen zijn gegaan. Immers vanwege het krimpen is er een gewicht opgetild. Maar als je een lager gewicht zou optillen, zou er energetisch gezien méér energie naar het water zijn gegaan. Wil dat dan zeggen dat, wanneer er veel gewicht aan de staaf wordt gehangen, de eindtemperatuur van het water in een dergelijk systeem lager zal zijn dan in eenzelfde systeem waaraan minder gewicht aan de staaf wordt gehangen ? Als dat zo is, wil ik dat graag kunnen begrijpen, want nu begrijp ik niet waar mijn denkfout zit. Het is toch niet zo dat een staaf afkoelt als ik er hard aan trek ?
(Overigens, ik neem aan dat het duidelijk is dat de staaf aan het einde belast wordt met de trekkracht van het gewicht in horizontale riching, niet in vertikale richting.)
Door deze staaf in een grote, goed geisoleerde, buis te leggen en daar water doorheen te pompen vanuit een goed geisoleerd groot reservoir met water van 10 graden Celsius. Dit water wordt dan opgevangen in een ander goed geisoleerd reservoir. Na de volledige warmteoverdracht (de staaf is nu geheel 10 graden Celsius) heb je in het tweede reservoir water dat warmer is dan 10 graden Celsius. In principe is de warmte-energie-inhoud van het totale systeem (warmte-energie-inhoud van al het water + warmte-energie-inhoud van de staaf) dan niet veranderd. Waar komt dan toch die bewegingsenergie van rekken/krimpen vandaan ?
Een berekening :
De benodigde koelenergie is :
Oppervlakte staaf = 7854 mm2, lengte is 100.092 mm dus inhoud = 786.122.568 mm3 = 786,12 liter = 0,786 m3
Specifieke warmte Aluminium is 900 Joule per kilogram per Kelvin
Dichtheid aluminium = 2700 kg per m3
0,786 m3 aluminium weegt dus 2122 kg
40 graden kouder maken van 2122 kg. aluminium levert dus 40*900*2122 = 76,4 MJ energie
Deze energie wordt afgegeven aan het langsstromende water.
Het langsgestroomde water is dus warmer geworden.
Stel er is 25.000 liter water met begintemperatuur van 10 graden Celsius langs de staaf gestroomd, dan is dit water gemiddeld in temperatuur toegenomen met 18,3 graden, dus is dat gemiddeld 28,3 graden geworden.
(om 1 liter water 1 graad Celsius te verhogen heb je 4,18 Joule energie nodig)
In de natuurkunde die ik geleerd heb, kun je dit op deze wijze benaderen, mits je geen warmteverliezen zou hebben. Dus er is geen warmte ontsnapt naar de omgeving. Er is louter warmte overgedragen van een aluminium staaf naar water. Echter denk ik dat de gemiddelde temperatuur van het water tóch geen 28,3 graden zou zijn, maar lager, ondanks het feit dat er geen warmte naar de omgeving is verdwenen.
Graag wil ik kunnen berekenen wat dus de werkelijke gemiddelde eindtemperatuur van het water zal zijn, rekening houdend met alle vormen van energie die er bestaan, wél uitgaand van een 100 procent perfect geïsoleerd systeem (wat uiteraard in de praktijk niet kan, maar daar gaat het mij nu niet om).
Er moet energie vanuit het kouder worden van de staaf zowel naar het water als naar het krimpen zijn gegaan. Immers vanwege het krimpen is er een gewicht opgetild. Maar als je een lager gewicht zou optillen, zou er energetisch gezien méér energie naar het water zijn gegaan. Wil dat dan zeggen dat, wanneer er veel gewicht aan de staaf wordt gehangen, de eindtemperatuur van het water in een dergelijk systeem lager zal zijn dan in eenzelfde systeem waaraan minder gewicht aan de staaf wordt gehangen ? Als dat zo is, wil ik dat graag kunnen begrijpen, want nu begrijp ik niet waar mijn denkfout zit. Het is toch niet zo dat een staaf afkoelt als ik er hard aan trek ?
(Overigens, ik neem aan dat het duidelijk is dat de staaf aan het einde belast wordt met de trekkracht van het gewicht in horizontale riching, niet in vertikale richting.)
-
oktagon
- Artikelen: 0
- Berichten: 4.502
- Lid geworden op: di 21 feb 2006, 12:28
Re: Welke kracht levert uitzetten/krimpen van aluminium ?
Zit er dus wat in om die 3/4 m3 alu. om te vormen tot een object met spiralen en de diameter ca. 9 mm,spiraallengte wordt dan (als ik me niet vergis!) 10 km.Is dus op te delen. Of is die alu.mogelijk in het smelproces poreus doorlaatbaar te maken om elk partikel alu te bereiken, wel gedemineraileerd water of een andere koelmedium te gebruiken met mogelijk grondwater als startmedium om verkalking op te vangen.
Ben hier wel eens bij betrokken geweest om een warmtewisselaar te laten functioneren tbv.spuitgietmachines in de kunststof/industrie.Wasknijpers,huish.art.etc.
Vervolgens pomp je grondwater op,dat een glob.temp.heeft van 12 graden,die als koelmiddel gaat dien in een bruikbaarder vatvorm.
Mogelijk kun je dat water weer gebruiken om een tweede spiraal op te warmen en met vervolgens op te pömpen grondwater weer een koeling te produceren.
Ergens zou je een circulatie systeem kunnen maken,vergelijkbaar met de huidige weinige aardwarmtepompensystemen.
Ik lanceerde eens een idee om onder elke bouwobject een spiraal van buizen de leggen met daar doorheen opgepompt aardwater te voeren,´s winters voor bij/verwarming en ´s zomers voor vloerkoeling.
Wordt nog maar weinig gedaan.
Ben hier wel eens bij betrokken geweest om een warmtewisselaar te laten functioneren tbv.spuitgietmachines in de kunststof/industrie.Wasknijpers,huish.art.etc.
Vervolgens pomp je grondwater op,dat een glob.temp.heeft van 12 graden,die als koelmiddel gaat dien in een bruikbaarder vatvorm.
Mogelijk kun je dat water weer gebruiken om een tweede spiraal op te warmen en met vervolgens op te pömpen grondwater weer een koeling te produceren.
Ergens zou je een circulatie systeem kunnen maken,vergelijkbaar met de huidige weinige aardwarmtepompensystemen.
Ik lanceerde eens een idee om onder elke bouwobject een spiraal van buizen de leggen met daar doorheen opgepompt aardwater te voeren,´s winters voor bij/verwarming en ´s zomers voor vloerkoeling.
Wordt nog maar weinig gedaan.
-
RiverPeter
- Artikelen: 0
- Berichten: 16
- Lid geworden op: zo 15 jun 2008, 10:49
Re: Welke kracht levert uitzetten/krimpen van aluminium ?
Oktagon,
Bedankt voor je reaktie.
Het gaat mij in dit topic vooral om het begrijpen van de theorie van energie-overdracht en de berekeningen die daarbij betrokken zijn.
Groet,
Peter.
Bedankt voor je reaktie.
Het gaat mij in dit topic vooral om het begrijpen van de theorie van energie-overdracht en de berekeningen die daarbij betrokken zijn.
Groet,
Peter.
