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physicsisthedevil
Anmeldungsdatum: 07.05.2010
Beiträge: 45
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 physicsisthedevil Verfasst am: 27. Dez 2010 04:14 Titel: Methanverbrennung |
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a) ich soll doe maximale wärmeenergie , welche bei der verbrennung von methan gewonnen werden kann bestimmen.
die maximale wärmeenergie ist mit der reaktionsenthalpie identisch.
ich nehme die benötigten standardbildungsentahlpien und berechne die maximale wärmeenergie bzw reaktionsenthalpie indem ich produkte von edukten abziehe.
)+75)\frac{kj}{mol}=-890,8\frac{kj}{mol} =Q_H)
b)
wieviel mechanische antriebsarbeit für ein erdgasauto maximal aus einem mol methan gewonnen werden kann,wenn man einen verbrennungsmotor mit einer verbrennungstemperatur von 1800 K bei einer raumtemperatur von 300 K hat.
maximaler wirkungsgrad der wärmekraftmaschine mit der maximalen wärmemenge multipliziert:
somit erhalte ich : =-890,8\frac{kj}{mol}\cdot (1-\frac{300 K}{1800 K})=742,3 \frac {kj}{mol})
c)
Wieviel Energie erfordert die betankung des erdgasfahrzeuges im besten fall pro mol getanktes erdgas?bei 350 bar ,raumtemp=300 K R=8,314 J/(mol*k)
(von hand rechnen , R= 8 anstelle von R=8,314)
)
=-nRt \cdot ln(\frac {P_1}{P_2})=-Q)
kann es sein dass hier bei der aufgabenstellung eine angabe vergessen wurde?oder gibt es irgendnen anderen weg das zu lösen sonst?
Ich brauche doch mindestens 2 drücke und ein volumen oder umgekehrt.Ich hätte jetzt mal getippt dass ich für p_1 einfach 1 bar nehmen soll.das wären die üblichen standardbedingungen bei unserem prof da wir nur von hand rechnen dürfen.
wäre ansonsten noch nett wenn jemand noch die ergebnisse von a) und b) bestätigen kann |
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o~O
Anmeldungsdatum: 30.11.2010
Beiträge: 184
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| o~O Verfasst am: 27. Dez 2010 11:20 Titel: |
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Ich denke du kannst da beruhigt 1 bar nehmen. Für gewöhnlich ist dieser Druck gemeint, wenn keine weitere Angaben zu ihm vorhanden sind, da man davon ausgeht das man weiß, das in der Umgebung immer dieser Druck herrscht. |
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physicsisthedevil
Anmeldungsdatum: 07.05.2010
Beiträge: 45
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| physicsisthedevil Verfasst am: 27. Dez 2010 17:03 Titel: |
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=-1 mol \cdot 8J mol^{-1}K^{-1}\cdot 300 K \cdot ln(\frac {1}{350})=-Q=14059.04 J)
da ja nach der Energie gefragt ist und nicht nach der Arbeit
zwei fragen noch:
hab ich die ersten beiden teile der Aufgabe richtig gelöst?
und gibt es einen möglichkeit den c)-Teil dritten teil von hand zu lösen? |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 27. Dez 2010 20:15 Titel: |
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| physicsisthedevil hat Folgendes geschrieben: | | hab ich die ersten beiden teile der Aufgabe richtig gelöst? |
Teil a) würde ich gelten lassen, aber b) ist falsch. Du kannst bei einer Reaktionstemperatur von 1800 K nicht mit den Bildungsenthalpien bei 298 K rechnen - schon gar nicht mit denen für die Flüssigphase. Mit den Werten aus http://webbook.nist.gov/chemistry/ komme ich auf eine Reaktionsenthalpie von -702 kJ/mol und somit auf eine maximale Nutzarbeit von 585 kJ/mol.
Das gilt zudem nur, wenn Luft und Brennstoff vor der Einspritzung in den Motor in einem Wärmtauscher auf Reaktionstemperatur aufgeheitzt werden. Ich bezweifle, dass das bei einem Verbrennungsmotor möglich ist. Deshalb wird in einem realen Motor noch ein beträchtlicher Teil der Energie bei der Aufheizung des Reaktionsgemisches verloren gehen, was den Wirkungsgrad weiter verringert. |
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physicsisthedevil
Anmeldungsdatum: 07.05.2010
Beiträge: 45
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| physicsisthedevil Verfasst am: 27. Dez 2010 20:33 Titel: |
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Das heißt , ich brauche also die jeweiligen enthalpien bei 1800 K anstelle von 300 bzw 298 k? |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 27. Dez 2010 22:17 Titel: |
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| physicsisthedevil hat Folgendes geschrieben: | | Das heißt , ich brauche also die jeweiligen enthalpien bei 1800 K anstelle von 300 bzw 298 k? |
So ist es. Die Unterschiede sind so groß, dass man sie nicht vernachlässigen kann. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 28. Dez 2010 14:11 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | physicsisthedevil hat Folgendes geschrieben: | | Das heißt , ich brauche also die jeweiligen enthalpien bei 1800 K anstelle von 300 bzw 298 k? |
So ist es. Die Unterschiede sind so groß, dass man sie nicht vernachlässigen kann. |
ein etwas anderer gedanke:
das gilt aber nur dann, wenn du lediglich die verbrennungsenthalpie bei 1800 K quais-isotherm an ein gegenpotential von 300 K abfliessen laesst (und daraus den mechanisch nutzbaren teil abfischt)
die verhaeltnisse in einem verbrennungsmotoir sind ab er nicht so: waehrend der expansion (d.h. der kolben wird nach unten getrieben) kuehlt das gas ab, wobei dann wiederum ein teil der bei 1800 K nicht gewonnenen enthalpie zur verfuegung gestellt wird (denn H ist ja eine zustandsfunktion)
dabei ist die freiwerdende enthalpie auch net just der betrag, welcher dem temperatur/druckverlust entgegenwirkt, sodass es doch wieder quais-isotherm waere: die zusatz-enthalpie ist groesser (und wird zum teil eben als nutzarbeit abgefuehrt)
--> indem druck und temperatur fallen, wird weitere "reaktionsenthalpie" ( ist ja jetzt nicht mehr so klar unterscheidbar ob das noch der sache nach vorwiegend chemisch ist) verfuegbar, allerdings auf einem anderen temperaturniveau, d.h. ist auch nur mit geringerem wirkungsgrad nutzbar
aus der aufgabenstellung geht weiterhin nicht hervor, bis zu welchem unteren temperaturniveau die verbrennungsgase genutzt werden sollen, d.h. es ist insbesondere unklar ob der taupunkt des wassers unter den kammerbedingungen unterschritten wird (was bei 300 K gegentemperatur ja vorstellbar waere, obgleich eher motor-untypisch)
--> die formulierung "maximal nutzbar" in der aufgabnenstellung laesst also auch die interpretation zu, dass hier tatsaechlich "die ausnutzung bis zum letzten tropfen" rechnerisch gefordert sein koennte.
dann allerdings waere eine berechnung recht aufwendig, denn man kann in der tat nicht die gesamt-reaktionsenthalpie ad 300 K einerseits gewinnen wollen, anderseits jedoch gleichzeitig eben diese rechnerisch auf einem niveau von 1800K gegen 300 K abfuehren wollen, das geht natuerlich net
last not least sei noch angemerkt, dass bei 1800 K die zugrundeliegende chemische reaktionsgleichung eh nicht gut erfuellt wird: unter diesen bedingungen ist das boudouard - gleichgewicht relevant, d.h. es werden relevante mengen kohlenmonoxid anwesend sein
gruss
ingo |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 28. Dez 2010 16:59 Titel: |
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| magician4 hat Folgendes geschrieben: | | das gilt aber nur dann, wenn du lediglich die verbrennungsenthalpie bei 1800 K quais-isotherm an ein gegenpotential von 300 K abfliessen laesst (und daraus den mechanisch nutzbaren teil abfischt) |
Für diesen Fall gilt der Carnotsche Wirkungsgrad. Da der zweite Hauptsatz Prozesse verbietet, bei denen noch mehr Arbeit geleistet wird, erhält man so das theoretische Maximum der nutzbaren Energie und nach dem wurde ja gefragt. Dass der tatsächliche Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors geringer sein wird, habe ich ja schon aus anderen Gründen vermutet. Ohne genauere Angaben über die Wirkungsweise des Motors lässt sich dazu nichts konkretes sagen. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 28. Dez 2010 18:17 Titel: |
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ich bin nicht der ansicht dass nur die von dir benannten 702 kJ/mol auf dem niveau 1800 K (gegen 300K) zur verfuegung stehen um abgefischt zu werden (deinen uebrigen ausfuehrungen schliesse ich mich selbstredend an), sondern dass auch die auf dem weg der abkuhlung ja zusaetzlich "verfuegbar werdenden" (890,8 - 702) = 188,8 kJ/mol (dann natuerlich mit anderem wirkungsgrad) zumindest anteilig (--> phasenuebergang wasser?) zur ausnutzung fuer mechanische arbeit zu beruecksichtigen sind (wie auch immer man das dann mathematisch behandelt). je nach interpretation der aufgabenstellung
wo liegt mein denkfehler?
gruss
ingo |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 04. Jan 2011 23:03 Titel: |
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| magician4 hat Folgendes geschrieben: | | dass auch die auf dem weg der abkuhlung ja zusaetzlich "verfuegbar werdenden" (890,8 - 702) = 188,8 kJ/mol (dann natuerlich mit anderem wirkungsgrad) zumindest anteilig (--> phasenuebergang wasser?) zur ausnutzung fuer mechanische arbeit zu beruecksichtigen sind (wie auch immer man das dann mathematisch behandelt) |
Du hast Recht. Um die zusätzliche Arbeit zu berechnen, müsste man das Produkt der Wärmekapazität und dem der jeweiligen Temperatur entsprechenden Carnotschen Wirkungsgrad über die Temperatur integrieren. Eine genaue Rechung erspare ich mir jetzt, zumal ich keine Wärmekraftmaschine kenne, die auf diese Weise arbeitet. Am ehesten könnte man das mit einer Kaskade von Stirling-Motoren schaffen. Ein Verbrennungsmotor arbeitet aber grundlegend anders. Wie man da den maximalen Wirkungsgrad berechnte, weiß ich nicht. |
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magician4
Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914
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| magician4 Verfasst am: 05. Jan 2011 14:14 Titel: |
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danke fuere deine antwort.
und ja, das dann zu berechnen wird ne haarige sache, besonders da sich die enthalpie ueber den grossen temperaturbereich betrachtet wohl auch nicht mehr als linear aendernd gut approximiert werden kann, vom phasenuebergang einmal ganz abgesehen
schoenen tag noch
ingo |
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