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Tackleberry
Anmeldungsdatum: 26.05.2020
Beiträge: 4
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 Tackleberry Verfasst am: 26. Mai 2020 13:40 Titel: Schnee schmelzen mit Campinggas |
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Meine Frage:
Hallo zusammen,
ich hänge derzeit an einer Physikaufgabe fest und bräuchte unbeding eure Hilfe:
Sie lautet:
Bergwanderer schmelzen 1kg Schnee (c=2,1kJ/kgK) von -9°C um 80°C warmes Wasser zu erhalten. Wie viel Campinggas in g benötigen sie, wenn 60% der Wärme verloren geht? (Heizwert Gas=34,3 Mh/m³, Dichte Campinggas 0,7 kg/m³)
Die Lösung soll 35g sein.
Meine Ideen:
Mein Ansatz ist folgender:
Zuerst berechne ich die benötigte Wärmeenergie Q, um den Schnee auf die vorgegebene Temperatur zu schmelzen:
Q= m * c * DeltaV
Q= 1 * 2,1 * 89 = 186,9 Joule
Jetzt berechne ich die Verbrennungsenergie:
Q= V * Hi, nach V umgestellt:
186,9 / 34,310 * 10³ * 0,6
V= 0,0908 m³
Und zuletzt um die Masse zu berechnen:
m= Dichte * V
m= 0,7 * 0,0908
m= 63,56g...
Was habe ich falsch gemacht?
Vielen Dank schon mal im Voraus! |
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yellowfur
Moderator
Anmeldungsdatum: 30.11.2008
Beiträge: 804
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| yellowfur Verfasst am: 27. Mai 2020 13:50 Titel: |
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Hallo Tackleberry und willlkommen beim Physikerboard 
Bei der Aufgabe fehlen dir erstmal drei Dinge:
Erstens steht da, du verlierst 60 %, nicht "60 % sind brauchbar". Du hast aber mit 60 % gerechnet, weswegen dein Volumen falsch ist. Außerdem ist es doch seltsam, dass du wegen der Multiplikation mit 0.6 weniger Energie brauchst, du brauchst doch mehr, weil etwas verloren geht? Vielleicht fällt dir ja was auf, was du da ändert musst.
Zweitens verstehe ich die Einheit deines Heizwertes nicht, der sollte doch kJ/m^3 sein, was meinst du mit Mh? Megastunden?
Drittens reicht es nicht, den Schnee zu erwärmen, du musst auch Energie in die Formumwandlung von Schnee nach Wasser stecken. Da finde ich online einen Wert von 335000 J/kg.
Außerdem hast du an manchen Stellen + statt * geschrieben, was das Lesen sehr schwierig macht, das habe ich mal editiert.
Hilft dir das weiter?
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Wenn du einen Traum hast, dann folge ihm. Wer weiß, wo er dich hinführen könnte. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Mai 2020 15:52 Titel: |
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| Tackleberry hat Folgendes geschrieben: | Zuerst berechne ich die benötigte Wärmeenergie Q, um den Schnee auf die vorgegebene Temperatur zu schmelzen:
Q= m * c * DeltaV
Q= 1 * 2,1 * 89 = 186,9 Joule |
Das ist so nicht richtig, wie yellowfur schon gesagt hat. Du benötigst zunächst eine gewisse Wärmemenge um den Schnee von -9°C auf 0°C zu erwärmen, dann eine (ziemlich große) Wärmemenge um den Schnee von 0°C zu Wasser von 0°C zu schmelzen, und dann noch die Wärmemenge, um das Wasser von 0°C auf 80°C zu erwärmen. Die benötigte Wärmemenge ist also
me = Masse Schnee (=Eis) =1kg
mw = Masse Wasser = me=1kg
ce = spezifische Wärmekapazität von Eis (=2,21 kJ/(kg*K))
Cs = spezifische Schmelzwärme von Wasser (=333,5 kJ/kg)
cw = spezifische Wärmekapazität von Wasser (=4,18 kJ/(kg*K))
sowie
und
| Tackleberry hat Folgendes geschrieben: | | Die Lösung soll 35g sein. |
Da kommt bei mir deutlich weniger raus. Aber vielleicht hab ich mich auch verrechnet. Jedenfalls bin ich von einem Heizwert von 34,3 kWh/m³ (Tabellenwert) ausgegangen.
EDIT: Fehler gefunden. Du hast eine falsche Gasdichte angegeben. Die ist nicht 0,7 kg/m³, sondern 2,7 kg/m³. Außerdem hast Du möglicherweise die Musterlösung falsch abgeschrieben, denn mit den richtigen Zahlenwerten kommt 37,6 g heraus. |
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yellowfur
Moderator
Anmeldungsdatum: 30.11.2008
Beiträge: 804
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| yellowfur Verfasst am: 27. Mai 2020 16:26 Titel: |
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Hallo GvC,
bei mir kommen 35 Gramm heraus, wenn ich genau die Werte der Aufgabenstellung einsetze. Hast du an den Faktor 2.5 gedacht, da nur 40 % effektiv wirken?
Ich setze
 kJ/kg/K,
 kJ/kg,
und
 kJ/kg/K
ein.
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Mai 2020 17:34 Titel: |
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| yellowfur hat Folgendes geschrieben: | | bei mir kommen 35 Gramm heraus, wenn ich genau die Werte der Aufgabenstellung einsetze. |
Das ist seltsam. Denn in der Aufgabenstellung war eine falsche Gasdichte angegeben. Wenn Du mit dieser falschen Angabe trotzdem das richtige Ergebnis erhältst, dann muss irgendwo ein grundsätzlicher Fehler vorhanden sein, entweder bei mir oder bei Dir.
| yellowfur hat Folgendes geschrieben: | | Hast du an den Faktor 2.5 gedacht, da nur 40 % effektiv wirken? |
Ja natürlich.
Meine aus der Energiebilanzgleichung ermittelte Bestimmungsgleichung für die Gasmasse lautet
)
Wenn ich hier nicht die gegebenen Werte der Aufgabenstellung, sondern die richtigen einsetze (z.B. 2,7 kg/m³ anstelle von 0,7 kg/m³ und 34,3 kWh/m³ anstelle von 34,3 Mh/m³) erhalte ich das auf eine Dezimalstelle gerundete Ergebnis 37,6 g. |
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yellowfur
Moderator
Anmeldungsdatum: 30.11.2008
Beiträge: 804
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| yellowfur Verfasst am: 27. Mai 2020 19:03 Titel: |
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Es gilt  deswegen bin ich mir nicht sicher, wie du das  im Zähler deiner Gleichung meinst.
Ich habe die Angabe von Tackleberry oben benutzt:
Damit und mit der Gleichung für die Dichte komme ich auf
 und schließlich auf
Mir ist beim googeln auch aufgefallen, dass die Dichte für Campinggas merkwürdig ist, aber ich habe mich erst einmal an die Werte der Aufgabenstellung gehalten und nur die fehlenden Angaben ergänzt.
Für  erhalte ich 35,09 Gramm, für  erhalte ich 135,35 Gramm. Ich benutze 
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Tackleberry
Anmeldungsdatum: 26.05.2020
Beiträge: 4
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| Tackleberry Verfasst am: 27. Mai 2020 21:59 Titel: |
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Hallo! :-)
Vielen Dank, das hat mir sehr geholfen, ich konnte die Aufgabe jetzt lösen.
Ich hatte mich ein paar Mal verschrieben, das stimmt. Ich war aber noch nicht richtig registriert und konnte den Post nicht mehr editieren.
Die Dichte mit 0,7 habe ich aber richtig übernommen.
Ich habe festgestellt, dass ich die Vorgehensweise noch nicht richtig verstanden habe, da die Beispielaufgaben in meinem Script immer alle zu einer Formel zusammengefasst wurden.
Das macht das Verstehen für mich schwieriger.
Wenn man aber alles einzeln aufdröselt macht es das übersichtlicher. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 28. Mai 2020 02:14 Titel: |
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| yellowfur hat Folgendes geschrieben: | | Es gilt deswegen bin ich mir nicht sicher, wie du das im Zähler deiner Gleichung meinst. |
Bei mir steht im Zähler  , und ich verstehe nicht, was daran unklar ist. Ich habe die von mir verwendeten Größensymbole eindeutig erklärt, nämlich mw = Wassermasse (=Masse Schnee bzw. Eis) und rhoG = Gasdichte. Was ist daran verkehrt?
| yellowfur hat Folgendes geschrieben: | ...
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Wie Du in meinem vorigen Beitrag sehen kannst, habe ich haargenau dasselbe gemacht, habe allerdings im Nenner noch den Wirkungsgrad von 40% stehen.
| yellowfur hat Folgendes geschrieben: | | Ich benutze |
Das steht zwar so ähnlich in der Aufgabe, kann aber nicht richtig sein. Da die angegebene Einheit Mh/m³ nicht richtig sein konnte, habe ich mich an den Zahlenwert 34,3 gehalten. Und für den ist die Einheit kWh/m³. Auch das habe ich in meinem vorigen Beitrag bereits klargestellt. In der Literatur wird der Heizwert von Butan mit Werten zwischen 34,1 und 34,5 kWh/m³ angegeben. Das ist dasselbe wie etwa 123,5 MJ/m³, ein Wert, der auch in allen Tabellenwerken zu finden und - natürlich - um den Faktor 3,6 größer ist als der von Dir verwendete (wegen Umrechnung kWh in MJ). Mein Ergebnis unterscheidet sich deshalb von Deinem um einen Faktor 2,7/0,7=3,86 im Zähler (wegen falscher Dichte) und einen Umrechnungsfaktor 3,6 im Nenner, ist demzufolge etwa um den Faktor 1,07 größer als Deines.
Die "Musterlösung" von 35 g kommt also nur bei Anwendung von zwei falschen Kennwerten zustande, nämlich mit falscher Dichte und falschem Heizwert. Nun ist es zwar richtig, dass solche Schulaufgaben mit der Realität häufig wenig zu tun haben, aber solche gravierenden Fehlinformationen sind selbst in einer Schulaufgabe nicht akzeptabel! |
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yellowfur
Moderator
Anmeldungsdatum: 30.11.2008
Beiträge: 804
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| yellowfur Verfasst am: 28. Mai 2020 09:35 Titel: |
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| Zitat: | Bei mir steht im Zähler  , und ich verstehe nicht, was daran unklar ist. |
An der Stelle hatte ich übersehen, dass du einfach das m aus der Klammer gezogen hast. Das war mein Fehler.
| Zitat: | Die "Musterlösung" von 35 g kommt also nur bei Anwendung von zwei falschen Kennwerten zustande, nämlich mit falscher Dichte und falschem Heizwert. Nun ist es zwar richtig, dass solche Schulaufgaben mit der Realität häufig wenig zu tun haben, aber solche gravierenden Fehlinformationen sind selbst in einer Schulaufgabe nicht akzeptabel!
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Ich habe noch einmal alles durchgeschaut und kann alles, was du sagst, bestätigen. Die Angaben in der Aufgabe sind mir teilweise unverständlich. Bei Hi sollte man, wie du sagst, den Faktor 3,6 berücksichtigen wegen der Einheit, da J/m^3 aufgrund des Zahlenwertes keinen Sinn machen.
Leider stellt sich dann die Frage, welche Werte man annimmt. Wenn ich deine Werte übernehme, erhalte ich auf die Kommastelle gerundet ebenfalls 37,6 Gramm.
Für die Wärmekapazität von Schnee bei 0 Grad finde ich allerdings 2.106 kJ/kg/K, und für die Dichte von Butangas bei 0 Grad lande ich bei 2,7 kg/m^3.
Edit: Den letzten Teil der Angabe für Butan bei 20 Grad lasse ich weg, weil die Quelle unklar war.
Letztendlich finde ich, dass eine Schulaufgabe genau das leisten sollte, nämlich dass sinnvolle Werte angegeben werden, die man benutzen kann.
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Wenn du einen Traum hast, dann folge ihm. Wer weiß, wo er dich hinführen könnte. |
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autor237
Anmeldungsdatum: 31.08.2016
Beiträge: 509
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| autor237 Verfasst am: 28. Mai 2020 17:17 Titel: |
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Hallo!
Ich möchte nur etwas zu den Kennwerten anmerken. Der Aufgabensteller hat wohl Erdgas als Brennstoff angenommen. Was in der Praxis aber nicht vorkommt. Die Werte 0,7 kg/m^3 und 34,3 MJ/m^3 (wenn man den Fehler Mh als MJ interpretiert) würden zu Erdgas passen. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 28. Mai 2020 17:48 Titel: |
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Aha, Erdgas in der Campinggaskartusche! Es bleibt dabei: Der Aufgabensteller hat Murks gemacht! |
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