Veden laajeneminen jäätyessä, paine ja energia

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Tuossa etsiskelin ainetta, jonka käyttäytyminen on päinvastaista. Siis kun lämpötila nousee, neste kutistuu. Vesihän tekee tälläisen tempun. 4 asteinen vesi on raskaista. Jos tästä vielä lasketaan lämpötilaa, vesi laajenee.

Ja jäätyessään laajenee vielä lisää, koska jäät kelluu vielä hyvin 4 asteisessa vedessä.

Nyt varsinainen asia. Paljonkohan olisi saatavissa energiaa tästä käänteisestä ilmiöstä. Kuvittelemme vaikkapa kovan ja tiiviin astian, jonka sisältö jäädytetään. Paine astiassa nousee valtavasti. Oletetaan jää laskennallisesti nestemäiseksi, ja lasketaan se astiaan liitettyyn pieneen sylinteriin, joka tekee työtä.

Teknisesti tämä saattaisi olla mahdollista toteuttaa. Ehkäpä jatkuvana prosessinakin. Eli tällöin olisi tavallaan käänteinen lämpövoimakone.

Sivut

Kommentit (45)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26897
Liittynyt16.3.2005
hangover

Nyt varsinainen asia. Paljonkohan olisi saatavissa energiaa tästä käänteisestä ilmiöstä. Kuvittelemme vaikkapa kovan ja tiiviin astian, jonka sisältö jäädytetään.



Veden faasimuutokseen liittyy sellaisa voimia, että edes karkeasti approksimoituna kovaa materiaalia ei ole.

Paine astiassa nousee valtavasti. Oletetaan jää laskennallisesti nestemäiseksi, ja lasketaan se astiaan liitettyyn pieneen sylinteriin, joka tekee työtä.



Tuosta saadaan osa siitä energiasta, mikä jäädyttämiseen tarvitaan. Kyllä termodynamiikasta voi laskea hyötysuhteet samaan tapaan kuin neste/kaasu -faasimuutosta käyttäville lämpövoimakoneille.

Teknisesti tämä saattaisi olla mahdollista toteuttaa. Ehkäpä jatkuvana prosessinakin. Eli tällöin olisi tavallaan käänteinen lämpövoimakone.

Todennäköisesti tuo on mahdollista, mutta faasimuutoksiin liittyvien valtavien voimien takia epätaloudellista. Voimat väsyttävät rakenteet ja kone hajoaa.

Vierailija

Tekninen mielikuva rakenteesta on ajatuksissa. Todella kovista voimista on kyse.

Mutta mitenkäs jäätymispiste muuttui paineen muuttuessa? Periaatteessahan jää sulaa painen kasvaessa.

Hmm..

bosoni
Seuraa 
Viestejä2704
Liittynyt16.3.2005
hangover

Mutta mitenkäs jäätymispiste muuttui paineen muuttuessa? Periaatteessahan jää sulaa painen kasvaessa.

Muuttuuhan se, mutta melko vähän verrattuna paineen muutoksiin.

Jos sorruin (taas) virheeseen, niin tukka varmaan vain oli silmillä, kuten kuva osoittaa...

Vierailija
Neutroni

Todennäköisesti tuo on mahdollista, mutta faasimuutoksiin liittyvien valtavien voimien takia epätaloudellista. Voimat väsyttävät rakenteet ja kone hajoaa.

Ei hajoa jos vaikka kuminen vedellä täytetty kuutio liikuttaa joka sivulla olevaa levyä.

Vanha jäärä
Seuraa 
Viestejä1557
Liittynyt12.4.2005
hangover

Mutta mitenkäs jäätymispiste muuttui paineen muuttuessa? Periaatteessahan jää sulaa painen kasvaessa.

http://www.lsbu.ac.uk/water/phase.html

Tästä on helppo nähdä veden olotilan muuttuminen, kun paine ja lämpötila vaihtelee.

Kuviosta näkee myös esimerkiksi se, että huoneenlämpöinen (+20 astetta) vesi jäätyy, kun painetta riittävästi nostetaan (900 MPa), mikä ei pidä yhtä sanomasi kanssa.

Vanha jäärä

Vierailija

Joo. Tämäpä ei näytä olevankaan ihan simppeliä. Luistimen alla jää sulaa, ja muuttuu liukkaaksi. Kovalla pakkasella ei potkukelkka tahdo luistaa, kun paine ei riitä sulattamaan jäätä.

ja sitten taas kovassa paineessa tuleekin jäätä.

Täytynee perehtyä tuohon taulukkoon.

Tuumailin, ja ajattelin kokeilla ehkä vesi-öljy emulsiota. Jos pystyisi ajamaan lämmönvaihtimien ja hydraulimoottorin/pumpun läpi 50/50 seosta lämpötilassa -1 ja +4 välilllä. Tällöin öljyssä oleva vesi saattaisi tehdä laajenemisen jäätyessään, ja kutistumisen tullessaan +4 asteiseksi. Seos ei ehkä olisi liian jäykää. Tällöin saisi jäätymisen aiheuttaman paineen hyödynnetyä akselitehona systeemistä ulos.

Vanha jäärä
Seuraa 
Viestejä1557
Liittynyt12.4.2005
hangover
Joo. Tämäpä ei näytä olevankaan ihan simppeliä. Luistimen alla jää sulaa, ja muuttuu liukkaaksi. Kovalla pakkasella ei potkukelkka tahdo luistaa, kun paine ei riitä sulattamaan jäätä.

Jään sulaminen paineen alla näkyy myös diagrammista. Pikku kuvan keskellä alhaalla on alue, jossa jää (Ih) muuttuu nesteeksi, kun painetta nostetaan. Tämä on juuri sitä luistinefektiä.

Kuvasta havaitaan myös, että pakkasen lisääntyessä tarvitaan merkittävästi suurempaa painetta jään sulattamiseen. Kun pakkasta on enemmän kuin -20 astetta, mikään paine ei enää riitä sulattamaan jäätä, ja silloin luistin, suksi tai potkukelkka tökkii.

Vanha jäärä

Vierailija
hangover
Joo. Tämäpä ei näytä olevankaan ihan simppeliä. Luistimen alla jää sulaa, ja muuttuu liukkaaksi. Kovalla pakkasella ei potkukelkka tahdo luistaa, kun paine ei riitä sulattamaan jäätä.

ja sitten taas kovassa paineessa tuleekin jäätä.

Täytynee perehtyä tuohon taulukkoon.

Tuumailin, ja ajattelin kokeilla ehkä vesi-öljy emulsiota. Jos pystyisi ajamaan lämmönvaihtimien ja hydraulimoottorin/pumpun läpi 50/50 seosta lämpötilassa -1 ja +4 välilllä. Tällöin öljyssä oleva vesi saattaisi tehdä laajenemisen jäätyessään, ja kutistumisen tullessaan +4 asteiseksi. Seos ei ehkä olisi liian jäykää. Tällöin saisi jäätymisen aiheuttaman paineen hyödynnetyä akselitehona systeemistä ulos.

Emulsio hajoaa jäätyessään, mitä hyötyä muutenkaan öljystä olisi.

Vierailija

Siksi, kun jäätynyt vesi on hieman vaikeaa pumpata, saatikaan tekemään työtä moottorissa.

Jaa emu hajoaa? Oikeastaan sen ei tarvitse olla varsinaista emulsiota, vaan ehkäpä oikeammin vesi-öljy seosta. Öljy toimisi kuljetusnesteenä, jossa vesi liikkuu välillä nestemäisenä, välillä jäätyneenä.

Vierailija

Aika hyvä demonstraatio Taisi olla niin, jotta alijäähtynyt vesi tarvitsee tärähdyksen, jotta jäätyminen alkaa. Tyyppi pitelee putelia aika maltillisesti, jotta ei jämähdä jäihin.

Vierailija
hangover
Aika hyvä demonstraatio Taisi olla niin, jotta alijäähtynyt vesi tarvitsee tärähdyksen, jotta jäätyminen alkaa. Tyyppi pitelee putelia aika maltillisesti, jotta ei jämähdä jäihin.

Onko pottu sitten jäähdytetty nopeasti alle nollan vai onko demossa ollut vesi mahdollisimman puhdasta esim. tislattua? Mites liikkeessä oleva vesi, voiko sen jäähdyttää nestemäisenä pakkaselle?

Vierailija

Se vaatii kiteytymiskeskuksen, joka voi olla veteen liuennut suola, ilmakupla, kova isku tai vaikkapa terävä neulankärki.

Laitat tislattua vettä hyvin puhdistettuun ja huuhdeltuun sisältä tasaiseen pulloon, jonka jälkeen kopistelet pullon kyljistä kaikki ilmakuplat pois ja jätät pakastimeen.

Vierailija

Hmm.. Kokeilin tuossa aikaisemmin seuraavaa: Laiton polttoöljyä astiaan, ja pakastin sen - 20 asteiseksi. Sitten pudottelin siihen vesipisaroita, ja odottelin niiden jäätyvän lähes heti. Näin ei kuitenkaan käynyt, vaan jäätyminen viivästyi. Öljy tietenkin eristää, mutta pisarahan taitaa olla mukavasti kylmässä öljyssä kuin vesi siinä videotyypin pullossa. Eli se alijäähtyy.

Sitten kun ne jäätyi, oli mukavan näköisiä jäähelmiä pullollinen..

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat