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Alt 15.07.2008, 21:04   #1   Druckbare Version zeigen
CLVT  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
Wieviel fl. Stickstoff für 1L Wasser??

Hallo!

Ich habe mal eine Frage:

Wie kann ich ausrechnen wieviel flüssigen Stickstoff ich benötige um 1L Leitungswasser (20°C) einzufrieren??

Vielen Dank im voraus!

Grüße CLVT
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Alt 15.07.2008, 21:11   #2   Druckbare Version zeigen
Paleiko Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.210
AW: Wieviel fl. Stickstoff für 1L Wasser??

Soll das Wasser am Ende die Temperatur von flüssigem Stickstoff haben oder beides 0°C?
Paleiko ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.07.2008, 21:14   #3   Druckbare Version zeigen
CLVT  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Wieviel fl. Stickstoff für 1L Wasser??

Ich würde mal sagen das Wasser soll 0°C haben...der Stickstoff verdampft ja sowieso
CLVT ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.07.2008, 22:15   #4   Druckbare Version zeigen
Paleiko Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.210
AW: Wieviel fl. Stickstoff für 1L Wasser??

So einfach kann man sich das glaube ich nicht machen. Wenn es explizit um die Menge geht, ist der Endzustand von beiden Stoffen entscheidend. Der in meinen Augen sinnvollste Ansatz für die Berechnung wäre ein thermisches Gleichgewicht, wobei das natürlich eher wenig Praxisnähe hat.
Wenn man davon ausgeht, dass der Stickstoff sowieso verdampft, hat man ein Problem. Wie soll man hier sinnvoll berechnen, welche Wärmemenge vom Stickstoff in der Kontaktzeit aufgenommen wurde?
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Alt 16.07.2008, 08:01   #5   Druckbare Version zeigen
CLVT  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Wieviel fl. Stickstoff für 1L Wasser??

Genau das ist mein Problem....Zur Info: Ich habe letzte Woche mit Hilfe von flüssigem Stickstoff einen Liter Wasser,welcher sich in einem Kunststoffbehältnis befand, eingefroren. Ich habe dazu einfach den Wasserbehälter in einen größeren Behälter gestellt und dann den Stickstoff dazu gegeben Jetzt würde ich mir aber gerne irgendwie ausrechnen wieviel Stickstoff ich mindestens benötige um den Liter einzufrieren....letzte Woche hab ich halt einfach mal auf gut Glück reingeschüttet
CLVT ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.07.2008, 10:24   #6   Druckbare Version zeigen
Spektro Männlich
Mitglied
Beiträge: 952
AW: Wieviel fl. Stickstoff für 1L Wasser??

Ich würde zunächst mal davon ausgehen, daß die Kontaktzeit vom Stickstoff durch das Verdampfen minimal ist, und die Eigenerwärmung von Stickstoff vernachlässigt werden kann, auch dadurch daß die Oberfläche des Wasserbehälters auf -196°C abgekühlt wird. Dadurch bleibt (als Näherung) erst mal nur die Verdampfungsenthalpie als kühlendes Element über.
Bleibt also auszurechnen, wieviel Energie es braucht, um 1kg Wasser auf 0°C runterzukühlen, und dann wieviel es noch braucht um das Wasser bei 0° gefrieren zu lassen.

Die entsprechenden Werte sind leicht zu finden:

http://de.wikipedia.org/wiki/Stickstoff
Verdampfungswärme bei -196°C: 0,199kJ/g bzw. 5,58 kJ/mol
Dichte(fl.) 807 g/l

http://de.wikipedia.org/wiki/Wasser#Eigenschaften_von_Wasser
spez. Wärmekapazität Cp = 4,18 kJ/(kg*K)
Schmelzenthalpie = 6,01 kJ/mol bzw. 333kJ/kg.

Man muss also grob vereinfacht für 1kg Wasser 4,18 * 20 + 333 kJ/kg = 416,6 kJ/kg aufbringen. Das entspricht der Verdampfung von 2,09 kg, bzw. 2,6 l Flüssigstickstoff.

In der Praxis wird man allerdings eher deutlich mehr brauchen, weil ja auch das Wassergefäß und der umgebende Behälter abgekühlt werden müssen (und die werden dann wirklich auf -196°C abgekühlt), das entstehende Eis am Gefäßrand erst mal den Kältetransport zum restlichen Wasser verhindert, Wasserdampf aus der Umgebungsluft am Gefäßrand kondensiert und festfriert usw....

Geändert von Spektro (16.07.2008 um 10:33 Uhr)
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