Zur Theorie - die Dampfdruckkurve
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- Mareke Berger
- vor 7 Jahren
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1 Labor Therodynaik Zur Theorie - die I Zweihasengebiet liegt siedende Flüssigkeit zusaen it ihre gesättigten Daf vor. Der Druck eines solchen Systes ist auf einer Isothere konstant. Man kann also i Zweihasengebiet jede Druck eine Teeratur zuordnen, bei der die Flüssigkeit siedet. Dieser Druck heißt Dafdruck, die zugehörige Teeratur wird Siedeteeratur genannt. Die Menge aller Werteaare von Siedeteeratur und Dafdruck ergeben eine Kurve in eine,t-diagra. Diese Linie wird genannt. In der folgenden Abbildung ist der Verlauf einer dargestellt. für Wasser Teeraturbereich TTriel - Tkrit 2,E+1 Druck [MPa] 1,5E+1 1,E+1 5,E+,E Teeratur T [ C] Abbildung 1: für Wasser I allgeeinen uß die für jeden Stoff exerientell bestit werden. Durch folgende Überlegungen kann die Anzahl der erforderlichen Messungen wesentlich verringert werden. Abbildung 2:,V-Diagra für Wasser Abbildung 3: T,S-Diagra für Wasser Zustandsänderungen 1 2 : Verdafung (Wärezufuhr 3 4 : Kondensation (Wäreabfuhr Seite : Exansion (Arbeit wird verrichtet 4 1 : Verdichtung (Arbeit wird zugeführt
2 Labor Therodynaik Aus der Energie- und Entroiebilanz eines Kreisrozesses i Naßdafgebiet it differentieller Änderung von Druck und Teeratur ergibt sich - grahisch dw ( v - nach de 2. Hautsatz dq ( s s (1 (2 Nach de 1. Hautsatz gilt du dw + dq (3 dq dw (4 it (1, (2 ( s s + ( v (5 s s (6 v Nebenrechnung: i Zweihasengebiet it const. gilt nach de 2. Hautsatz: dh T ds+ 14 v 2 43 (i s h dh T ds T ( s s s v s s (ii hv s s (iii T (iii in (6 eingesetzt hv r (7 T ( v T ( v Man erhält die differentielle For der Clausius-Claeyronsche Gleichung. r T (7a ( v Mit folgenden Vereinfachungen v << v (8 v R T (9 ergibt sich folgende Gleichung: (8 angewendet auf (7a r T v { v klein gegen v r T v (1 Seite 2
3 Labor Therodynaik (9 angewendet auf (1 r (11 T R T r (11a R T² r (12 R T² integriert it r const. ln r R 1 T 1 T (13 e r R 1 T 1 T (14 Das Ergebnis in Gleichung (14 ist die integrale For der Clausius-Claeyronsche Gleichung. e r R 1 T 1 T Betrachtet an die in Abbildung 1, so ist deutlich der Verlauf nach der angegebenen Exonentialfunktion zu erkennen. Literatur Arnold Frohn: Einführung in die technische Therodynaik, Verlag Wittwer, 3. Auflage 1998 Fran Bosnjakovic: Technische Therodynaik, Teil II, Dastadt, 8. Auflage, korr. Auflage 1998 : Scrit zur Vorlesung Therodynaik an der FH Koblenz, SS 27 Erich Hahne: Technische Therodynaik. Einführung und Anwendung... Verlag: Oldenbourg, 4. Auflage, überarb. Auflage Noveber 24 Seite 3
4 Labor Therodynaik Die Versuchsdurchführung Ihre Aufgabe i ist es, it zwei verschiedenen Versuchaufbauten die für Wasser in bestiten Teeratur- und Druckbereichen aufzunehen. Sicherheitshinweise Die Oberfläche der Kochlatte, des Dafkochtofes sowie des Hochdruck-Dafgerätes sowie alle Anzeigeninstruente sind sehr heiß es besteht Verbrennungsgefahr! Benutzen Sie die bereitgelegten Hitzeschutzhandschuhe. Bei Erreichen des Ansrechdruckes bläst das Sicherheitsventil des Dafkochtofes heißen Wasserdaf ab es besteht Verbrennungsgefahr. Arbeiten Sie sowohl bei Dafkochtof wie auch bei Hochdruck-Dafgerät nur hinter der bereitgestellten Schutzwand. a: Schnellkochtof a: Schnellkochtof In den Schnellkochtof werden 3,1 Liter destilliertes Wasser eingefüllt, so dass der Fühler des Theroeters ins Wasser eintaucht (es wird hier destilliertes Wasser verwendet, u Kalkablagerungen an den Instruenten und Ventilen zu vereiden. Jetzt wird der Schnellkochtof verschlossen, das Sicherheitsventil (der runde schwarze Knof auf der Deckelitte i Uhrzeigersinn auf Stellung II gedreht und die Kochlatte in Stufe 3 eingeschaltet. Ab einer Teeratur von 98 C sind Teeratur und Druck i Schnellkochtof zu rotokollieren; bei Aufheizvorgang efiehlt sich eine Schrittweite von 2 C für die zu rotokollierenden Meßwerte. Seite 4
5 Labor Therodynaik Erhöhen Sie die Teeratur bis zu autoatischen Öffnen des Sicherheitsventils des Kochtofes und rotokollieren Sie Teeratur und Druck. Das Sicherheitsventil bläst bei etwa 1,4 bar ab. Verringern Sie jetzt die Heizleistung der Kochlatte, schalten diese auf Stufe 2 und heizen Sie den Schnellkochtof wieder auf. Bei Erreichen eines Druckes von 1,3 bar schalten Sie die Kochlatte ab und entfernen den Schnellkochtof von der Platte. Stellen Sie den Schnellkochtof auf der (silberfarbenen hitzefesten Unterlage ab und rotokollieren Sie jetzt Teeratur und Druck bei Abkühlen bis T98 C. Hier efiehlt sich die kleinere Schrittweite von 1 C. Jetzt können Sie den Schnellkochtof auf der hitzefesten Unterlage bis auf Rauteeratur abkühlen lassen. Benutzen Sie zur Meßwerterfassung den Protokollvordruck auf Seite 6 - zur Auswertung das Diagra 1 von Seite 7. Tragen Sie in grüner Farbe die Werte für Teeratur und Druck in Aufheizrichtung (also bei steigender Teeratur und in roter Farbe die Werte für die Teeratur und Druck in Abkühlrichtung ein. Hinweis: Sie essen hier einen Überdruck, d.h. einen Druck über de Luftdruck. In eine,t-diagra werden absolute Drücke dargestellt. Sie üssen also zu den Meßwerten noch den (aktuellen Luftdruck hinzuaddieren. Benutzen Sie zur Messung des Luftdruckes das Präzisionsbaroeter; halten Sie auch diesen Wert i Meßrotokoll fest. Achten Sie auf die Druckeinheiten: Ihre Meßwerte nehen Sie in bar auf, den Luftdruck essen Sie in hektopascal, die i Diagra aufgetragene Einheit ist die SI-Einheit für den Druck, (Mega-Pascal. Zu welche Ergebnis koen Sie? Stellen Sie das Ergebnis stichwortartig dar. Nennen Sie stichwortartig Gründe für ögliche Abweichungen. Gibt es Unterschiede zwischen der Kurve für den Aufheiz- und Abkühlvorgang? Wenn ja, woran liegt das? Dauer der Versuchsdurchführung: ca. 9 Minuten Seite 5
6 Labor Therodynaik a: Protokollvordruck Datu: Uhrzeit: T Rau,Versuchsbeginn C T Rau,Versuchsende C Luft, Versuchsbeginn hpa Luft, Versuchsende hpa T [ C] Aufheizvorgang ( grüne Kurve Abkühlvorgang ( rote Kurve Mess [bar] Mess [MPa] Abs [MPa] Mess [bar] Mess [MPa] Abs [MPa] Seite 6
7 Labor Therodynaik Diagra 1: Auszug aus der Teeraturbereich 1 C C - Mediu Wasser,3,25 Druck [MPa],2,15, Teeratur t [ C] Seite 7
8 Labor Therodynaik b: Hochdruck-Dafgerät b: Hochdruck-Dafgerät Das Hochdruck-Dafgerät ist it destillierte Wasser blasenfrei befüllt. Das Theroeter ist it einer Wäreleitaste in einer Bohrung i Metallkorus des Druckbehälters wäreleitend verbunden. Die Wäreleitung wird als Ideal angenoen. Der Druckbehälter wird it eine Bunsenbrenner erhitzt. Ab einer Teeratur von ca. 95 C ist die Teeratur und der Druck i Druckbehälter zu rotokollieren; es efiehlt sich eine Schrittweite von 5 C. Erhöhen Sie die Teeratur bis zu eine Wert von 25 C. Stellen Sie dann den Bunsenbrenner ab und rotokollieren Sie auch in Abkühlrichtung Druck und Teeratur bis zu Erreichen einer Teeratur von 9 C auch hier in Schritten zu 5 C. Benutzen Sie zur Meßwerterfassung den Protokollvordruck auf Seite 1 und zur Auswertung das Diagra 2 von Seite 11. Tragen Sie jetzt die rotokollierten Werte in das beigefügte Diagra 2 in For von zwei Kurven ein. Tragen Sie in grüner Farbe die Werte für Teeratur und Druck in Aufheizrichtung (also bei steigender Teeratur und in roter Farbe die Werte für die Teeratur und Druck in Abkühlrichtung ein. Hinweis: Sie essen hier einen Überdruck, d.h. einen Druck über de Luftdruck. In eine,t-diagra werden absolute Drücke dargestellt. Sie üssen zu den Meßwerten noch den (aktuellen Luftdruck hinzuaddieren üssen. Benutzen Sie zur Messung des Luftdruckes das Präzisionsbaroeter; halten Sie auch diesen Wert i Meßrotokoll fest. Achten Sie auf die Druckeinheiten: ihre Meßwerte nehen Sie in bar auf, den Luftdruck essen Sie in hektopascal, die i Diagra aufgetragene Einheit ist die SI-Einheit für den Druck, (Mega-Pascal. Seite 8
9 Labor Therodynaik Zu welche Ergebnis koen Sie? Stellen Sie das Ergebnis stichwortartig dar. Nennen Sie stichwortartig Gründe für ögliche Abweichungen. Gibt es Unterschiede zwischen der Kurve für den Aufheiz- und Abkühlvorgang? Wenn ja, worann liegt das? Dauer der Versuchsdurchführung: ca. 9 Minuten Weiterführende Inforationen zu a, 1b Leybold Katalog S.122 Gebrauchsanweisung Leybold (Schnellkochtof Gebrauchsanleitung Fissler Vitavit Gebrauchsanweisung Leybold (Hochdruck-Dafgerät Seite 9
10 Labor Therodynaik b: Protokollvordruck Datu: Uhrzeit: T Rau,Versuchsbeginn C T Rau,Versuchsende C Luft, Versuchsbeginn hpa Luft, Versuchsende hpa T [ C] Aufheizvorgang ( grüne Kurve Abkühlvorgang ( rote Kurve Mess [bar] Mess [MPa] Abs [MPa] Mess [bar] Mess [MPa] Abs [MPa] Seite 1
11 Labor Therodynaik Diagra 2: Auszug aus der Teeraturbereich 1 C C - Mediu Wasser 6 5 Druck [MPa] Teeratur t [ C] Seite 11
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