Druckänderung bei Temperaturschock (Ofen->Wasserbecken)

flicko · Anmeldungsdatum: 15.11.2018 Beiträge: 2

Meine Frage:
Es wird ein Gehäuse mit einer Lochbohrung, auf welche eine wasserfeste aber Luftdurchlässige Membran aufgebracht wird in einem Ofen erhitzt bei beispielsweise 100°C und danach in ein Wasserbecken mit ca. 0-4°C getaucht.
Mich würde es interessieren wie man den Druck, der auf die Membran beim Eintauchen des Gehäuses ins Wasser wirkt, grob berechnen kann.

Meine Ideen:
Mein Ansatz ist eine Kombination aus der allgemeinen Gasgleichung und dem hydrostatischen Druck, da durch die Temperaturänderung bei gleichem Volumen ein Unterdruck beim Abkühlen entsteht und zusätzlich drückt das Wasser auf die Membran.

Zunächst p0=1bar bevor man das Gehäuse im Ofen erwärmt.
Dann die Druckänderung p0->p1 beim Erhitzen mit Hilfe der allgemeinen Gasgleichung.
Dann p1->p2 beim Abkühlen von 100°C auf 0°C mit der allgemeinen Gasgleich und dazu noch den hydrostatischen Druck bei 0,5m Eintauchtiefe.

Entsteht hier durch p0 aus dem hydrostatischen Druck eine zusätzliche Druckänderung oder ist das vernachlässigbar, da davor auch schon der Umgebungsdruck gegeben war?

Vielen Dank schon mal für eure Hilfe!

Nescio · Anmeldungsdatum: 05.12.2015 Beiträge: 279

Ich glaube du brauchst gar keine "wasserfeste aber Luftdurchlässige Membran", du kannst auch einfach ein Ventil nehmen, welches du vorm Erhitzen öffnest und vorm Abkühlen schließt.

Außerdem musst du klarstellen, ob der Behälter bei Erhitzen geöffnet oder geschlossen sein soll. Einerseits schreibst du "luftdurchlässige Membran", dann hast du es mit einem offenen Behälter zu tun, was bedeutet, dass sich der Druck beim Erhitzen nicht ändert, da laufend ein Druckausgleich mit der Umgebung stattfindet. Andererseits willst du die "Druckänderung p0->p1 beim Erhitzen" berechnen. Das widerspricht sich jedoch.

flicko · Anmeldungsdatum: 15.11.2018 Beiträge: 2

Danke für die Antwort!
Da hast du Recht, die Luft kann beim Erhitzen entweichen und dadurch sollte sich der Druck nicht ändern. Die Membran ist Teil meines Versuchsaufbaus und kann im Ofen als offenes Ventil und im Wasser als geschlossenes Ventil betrachtet werden.
Hast du eventuell noch eine Antwort zu meiner Frage bezüglich des hydrostatischen Drucks?

Nescio · Anmeldungsdatum: 05.12.2015 Beiträge: 279

Sobald der Behälter im Wasser (also geschlossen ist), ergibt sich der Druck im Inneren aus der Gasgleichung. Der Druck außen ergibt sich aus dem hydrostatischen Druck des Wassers und der Atmosphäre darüber. Die Druckdifferenz zwischen innen und außen ist dann der Druck, welcher auf die Membran wirkt.