Seuraa 
Viestejä981

Tuli mieleen vanha kemian ja fysiikan tehtävä opiskeluajoilta, jonka ratkaisusta en muista mitään. Olisi mielenkiintoista tietää miten paljon palamisessa ainetta muuttuu energiaksi yhtälön E = mc²    mukaan.

Tehtävä kuului: Afrikassa nähdään nälkää, kun Euroopassa poltetaan ylijäämäsokeria. Paljonko ainetta muuttuu energiaksi, kun 100 tonnia sokeria poltetaan?

Tai voisihan tehtävä kuulua näinkin: Paljonko kiintokuutio puuta poltettaessa ainetta muuttuu energiaksi? (Puuaines voi olla koivua, kuusta, mäntyä tai sekapuuta tms.)

Sivut

Kommentit (35)

Kontra
Seuraa 
Viestejä981

Eikös tehtävä pitäisi olla lukiolaisille selvää kauraa?

Sokerin ja hapen molekyylipainojen summa on suurempi kuin tuhkan ja palokaasujen molekyylipainojen summa. Jotenkin noinhan se menee.

PPo
Seuraa 
Viestejä15171
Kontra

Tuli mieleen vanha kemian ja fysiikan tehtävä opiskeluajoilta, jonka ratkaisusta en muista mitään. Olisi mielenkiintoista tietää miten paljon palamisessa ainetta muuttuu energiaksi yhtälön E = mc²    mukaan.

Tehtävä kuului: Afrikassa nähdään nälkää, kun Euroopassa poltetaan ylijäämäsokeria. Paljonko ainetta muuttuu energiaksi, kun 100 tonnia sokeria poltetaan?

Tai voisihan tehtävä kuulua näinkin: Paljonko kiintokuutio puuta poltettaessa ainetta muuttuu energiaksi? (Puuaines voi olla koivua, kuusta, mäntyä tai sekapuuta tms.)

 

Löysin taulukosta polttoarvon kuivalle puulle (18-19 MJ/kg)

Tästä saadaan 18*10^6*100*10^3/(3*10^8)² kg=2*10^(-7) kg=

0,2 mg

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Kontra
Seuraa 
Viestejä981
PPo
Kontra

Tai voisihan tehtävä kuulua näinkin: Paljonko kiintokuutio puuta poltettaessa ainetta muuttuu energiaksi? (Puuaines voi olla koivua, kuusta, mäntyä tai sekapuuta tms.)

Löysin taulukosta polttoarvon kuivalle puulle (18-19 MJ/kg)

Tästä saadaan 18*10^6*100*10^3/(3*10^8)² kg=2*10^(-7) kg=

0,2 mg

Ai niin, senhän saa suoraan energiasta, eihän siinä kemiaa tarvita, kun lämpöarvo tunnetaan. Ei se energia paljon paina.

Sokerin kohdalla kun lämpöarvoa ei tiedetä ja energia on laskettava molekyylipainojen avulla.

Kontra
Seuraa 
Viestejä981
CE-hyväksytty

Paha vaan ettei atomit hajoa polttamalla.

Minkäs vuoksi atomien pitäisi hajota polttamalla.

Energia kuin energia, se painaa aina saman verran, on se kotoisin mistä tahansa. Kattilallinen kuumaa vettä painaa enemmän kuin sama kattilallinen kylmänä. 

Onko jäänyt läksyt lukematta vai ollut epäpätevä opettaja. Anna Einsteinin nukkua rauhassa.

CE-hyväksytty
Seuraa 
Viestejä29006
Kontra
CE-hyväksytty

Paha vaan ettei atomit hajoa polttamalla.

Minkäs vuoksi atomien pitäisi hajota polttamalla.

Energia kuin energia, se painaa aina saman verran, on se kotoisin mistä tahansa. Kattilallinen kuumaa vettä painaa enemmän kuin sama kattilallinen kylmänä. 

No jos meinaat atomien sidosenergiat saada käyttöön.

Kontra
Seuraa 
Viestejä981
CE-hyväksytty
Kontra
CE-hyväksytty

Paha vaan ettei atomit hajoa polttamalla.

Minkäs vuoksi atomien pitäisi hajota polttamalla.

Energia kuin energia, se painaa aina saman verran, on se kotoisin mistä tahansa. Kattilallinen kuumaa vettä painaa enemmän kuin sama kattilallinen kylmänä. 

No jos meinaat atomien sidosenergiat saada käyttöön.

Ei siinä sidosenergioita tarvitse sorkkia, kun pannaan keittolevyllä vauhtia molekyyleille. Ja jos liike-energia edustaa paremmin oikeaa energiaa, niin sitähän kuumassa vedessä on molekyylien liikkeenä.

Kontra
Seuraa 
Viestejä981

Mistähän syystä on aika yleinen käsitys, että vain ydinreaktioissa vapautuva energia toteuttaa Einsteinin energiayhtälön.

Sehän jo osoittaa, että esimerkiksi liike-energia toteuttaa yhtälön, kun liikkuva massa kasvaa nopeuden funtiona. Kun nopeus lähestyy valon nopeutta massa kasvaa ihan älyttömäksi.

Yksinkertaisin esimerkki on vaikkapa jännitetty jousi. Sehän edustaa energiaa. Se painaakin siten enemmän kuin jännittämättömänä.

MooM
Seuraa 
Viestejä10457
Kontra

Mistähän syystä on aika yleinen käsitys, että vain ydinreaktioissa vapautuva energia toteuttaa Einsteinin energiayhtälön.

Varmaan siitä, että ydinreaktioissa massan muutoksella on merkitystä ja massaero alkutilanteen ja lopputilanteen välillä on se keino laskea vapautuva/sitoutuva energia. Molekyylitason sidokset  ovat niin paljon heikompia, että niihin sitoutuva massa ei ole mielekäs tapa käsitellä asiaa. Sama pätee noille  makroskooppisille ilmiöille ja tilanteille.

"MooM": Luultavasti entinen "Mummo", vahvimpien arvelujen mukaan entinen päätoimittaja, jota kolleega hesarista kuvasi "Kovan luokan feministi ja käheä äänikin". https://www.tiede.fi/keskustelu/4000675/ketju/hyvastit_ja_arvioita_nimim...

JPI
Seuraa 
Viestejä29469
MooM
Kontra

Mistähän syystä on aika yleinen käsitys, että vain ydinreaktioissa vapautuva energia toteuttaa Einsteinin energiayhtälön.

Varmaan siitä, että ydinreaktioissa massan muutoksella on merkitystä ja massaero alkutilanteen ja lopputilanteen välillä on se keino laskea vapautuva/sitoutuva energia. Molekyylitason sidokset  ovat niin paljon heikompia, että niihin sitoutuva massa ei ole mielekäs tapa käsitellä asiaa. Sama pätee noille  makroskooppisille ilmiöille ja tilanteille.

Kyllä E=mc² pätee niin ydinfysiikassa kuin kemiassakin eli siis kaikessa fysiikassa. Se seikka, että tuota kaavaa ei kemiallisten reaktioiden yhteydessä käytetä ei asiaa miksikään muuta. Eihä tuota kaavaa sitäpaitsi käytännössä käytännössä tarvita  esim. ydinvoimaloissakaan, koska tiedetään joka tapauksessa paljonko energiaa kilosta ydinpolttoainetta saadaan. Alkeishiukkasfysiikassa tuo kaava on kuitenkin aina teorioihin "sisään rakennettu" jokaikisessä teoriassa.

3³+4³+5³=6³

Kontra
Seuraa 
Viestejä981

Onpas se nyt kumma, ettei löydy halukkuutta ratkaista sokerin polton kysymystä.

Sokerin yhteen molekyyliin C6H12O6 yhtyy happiatomeja (vai molekyylejä) tietty lukumäärä?

Pitää siis laskea sokerin ja happiatomien yhteenlaskettu molekyylipaino ennen reaktiota ja sen jälkeen tuhkasta ja savukaasuista. Niinhän se muistaakseni periaatteessa laskettiin. Niiden erotus on suoraan aineen määrä, joka muuttuu energiaksi. Siis Einsteinin enenergiayhtälöä ei tässä tarvita.

Vai olikohan niin, että tässä pitää pelata niiden moolien kanssa, en yhtään muista.

JPI
Seuraa 
Viestejä29469
Kontra

Onpas se nyt kumma, ettei löydy halukkuutta ratkaista sokerin polton kysymystä.

Sokerin yhteen molekyyliin C6H12O6 yhtyy happiatomeja (vai molekyylejä) tietty lukumäärä?

Pitää siis laskea sokerin ja happiatomien yhteenlaskettu molekyylipaino ennen reaktiota ja sen jälkeen tuhkasta ja savukaasuista. Niinhän se muistaakseni periaatteessa laskettiin. Niiden erotus on suoraan aineen määrä, joka muuttuu energiaksi. Siis Einsteinin enenergiayhtälöä ei tässä tarvita.

Vai olikohan niin, että tässä pitää pelata niiden moolien kanssa, en yhtään muista.

Joo, mutta ei tuo molekyylipainojen eron laskeminen kemian keinoin onnistu. Kemiassa kaikki atomit oletetaan aina samanpainoisiksi (keskiarvo isottooppisuhteista), jolloin kaikki atomeista muodostuneet molekyylit ovat aina massaltaan niiden sisätämien atomien massojen summa. Tämä on oikein, koska niiden todelliset massat poikkeavat tästä oletuksesta niin valtavan vähän.

Kemiassa voi periaatteessa kyllä laskea vapautuneen energian per massayksikö ja siitä sitten laskea massan Δm=E/c^2, joka energiaksi muuttuu. Jostakin kuitenkin varmasti löytyy se energiamäärä, jonka sokeri palaessaan vapauttaa.

Edit: No wikipediasta löytyi:

Sokerista saatava energia 15,76 kJ/kg. Tämä on elimistössä siitä vapautuva energiamäärä, mutta eikö lie aikalailla sama kuin polttamalla saatu.

Toistamalla PPo:n laskelma sivulla 1, saadaan 17,5 mg ja samalla huomataan, että PPo:lla on laskelmassa (mutta ei periaatteessa) virhe, hänen tuloksensa oliis pitänyt olla 20 mg.

3³+4³+5³=6³

Kontra
Seuraa 
Viestejä981

Ei tosiaan atomipainoja siinä voitu laskea, paitsi ehkä hapen osalta, mutta olisiko mahdollista laskea tehtävä moolien avulla, jos moolisummat ennen ja ja jälkeen reaktion olisi mahdollista laskea?

Sokerin C6H12O6 moolimassa on 180,156 g/mol, hapen atomi ja varmaan molekyylipainokin tiedetään, sitten tarvittaisiin tuhkan ja savukaasujen moolimassat.

Minä en kyllä moolilaskuista muista yhtään mitään, että voi olla, että muistan laskentamenetelmän väärin, ja se olisi laskettu Einsteinin yhtälön avalla kumminkin. Mutta jotenkin kuitenkin kävi ilmi, että molekyylien sidosenergian vähemisestä oli kysymys, ja sillä on massa.

PPo
Seuraa 
Viestejä15171
JPI
Kontra

Onpas se nyt kumma, ettei löydy halukkuutta ratkaista sokerin polton kysymystä.

Sokerin yhteen molekyyliin C6H12O6 yhtyy happiatomeja (vai molekyylejä) tietty lukumäärä?

Pitää siis laskea sokerin ja happiatomien yhteenlaskettu molekyylipaino ennen reaktiota ja sen jälkeen tuhkasta ja savukaasuista. Niinhän se muistaakseni periaatteessa laskettiin. Niiden erotus on suoraan aineen määrä, joka muuttuu energiaksi. Siis Einsteinin enenergiayhtälöä ei tässä tarvita.

Vai olikohan niin, että tässä pitää pelata niiden moolien kanssa, en yhtään muista.

Joo, mutta ei tuo molekyylipainojen eron laskeminen kemian keinoin onnistu. Kemiassa kaikki atomit oletetaan aina samanpainoisiksi (keskiarvo isottooppisuhteista), jolloin kaikki atomeista muodostuneet molekyylit ovat aina massaltaan niiden sisätämien atomien massojen summa. Tämä on oikein, koska niiden todelliset massat poikkeavat tästä oletuksesta niin valtavan vähän.

Kemiassa voi periaatteessa kyllä laskea vapautuneen energian per massayksikö ja siitä sitten laskea massan Δm=E/c^2, joka energiaksi muuttuu. Jostakin kuitenkin varmasti löytyy se energiamäärä, jonka sokeri palaessaan vapauttaa.

Edit: No wikipediasta löytyi:

Sokerista saatava energia 15,76 kJ/kg. Tämä on elimistössä siitä vapautuva energiamäärä, mutta eikö lie aikalailla sama kuin polttamalla saatu.

Toistamalla PPo:n laskelma sivulla 1, saadaan 17,5 mg ja samalla huomataan, että PPo:lla on laskelmassa (mutta ei periaatteessa) virhe, hänen tuloksensa oliis pitänyt olla 20 mg.

 

Jaoin 10:llä, kun piti kertoa 10:llä, niin eihän se tulos voi olikein

PS:Energia on 15,76 kJ/g=15,76MJ/kg

Kontra
Seuraa 
Viestejä981
CE-hyväksytty

Ei ne moolit ja moolimassatkaan sidosenergioista miksikään muutu. Atomeita on kumminkin sama määrä ennen ja jälkeen reaktion.

Mitähän mahdat tarkoittaa?

Ennen ja jälkeen reaktion aineet eivät ole samoja. Lämpöenergia joka palossa syntyy, ei synny tyhjästä, vaan se syntyy massan vähentyessä molekyylisidosenergioiden muodossa. Atomeja on tietenkin sama määrä, mutta niiden muodostamien molekyylin sidoksissa ja siten sidosenergioissa tapahtuu muutoksia. Tilannehan on vastaava ydinreaktioissa, mutta sidosenergioden muutokset ovat aivan eri luokkaa.

Eihän esimerkisi happimolekyylin O2 massa ole kaksi kertaa happiatomin massa, eikä vesimolekyylin H2O ole kahden vetyatomin ja yhden happiatomin massojen summa. Jos en väärin muista, nämä molekyylit ovat kevyempiä, kuin atomien massojen summa, (mutta voi olla päinvastoinkin.)

JPI
Seuraa 
Viestejä29469
PPo

PS:Energia on 15,76 kJ/g=15,76MJ/kg

Jep, heh heh, mistä lie kJ tuohon tullut,  MJ on oikein. Mutta onpahan tulos sitten kuitenkin oikein, siis megajouleina pidin vaikka kJ kirjoitin.

3³+4³+5³=6³

JPI
Seuraa 
Viestejä29469
Kontra

Eihän esimerkisi happimolekyylin O2 massa ole kaksi kertaa happiatomin massa, eikä vesimolekyylin H2O ole kahden vetyatomin ja yhden happiatomin massojen summa. Jos en väärin muista, nämä molekyylit ovat kevyempiä, kuin atomien massojen summa, (mutta voi olla päinvastoinkin.)

 

No ei tarkkaanottaen olekkaan, mutta kemiassa 2*O:n ja O2:n massa on sama, sillä ero on niin pieni, että sillä ei ole kemiassa mitään merkitystä.

3³+4³+5³=6³

CE-hyväksytty
Seuraa 
Viestejä29006

Kyllä kemiassa molekyylien painoja laskettaessa lasketaan yhteen niiden sisältämien atomien massat. Ne pienen pienet erot mitkä sidosten energiat aiheuttavat, on mielekkäämpi selvitellä jotenkin muuten.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uusimmat

Suosituimmat