Kalte und warme Luftmoleküle

elnolde

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Hallo liebe Forumsmitglieder,

Ein Schweizer Maschinenbauer hat sich eine Kühlvorrichtung patentieren lassen, die über ein anscheinend simples Verfahren kalte und warme Luftmoleküle voneinander trennen kann. Bei dieser Kühlvorrichtung kommt unten an der Düse eiskalte Luft heraus während man sich an der Abluft die Finger verbrennen kann.

Nach Aussage eines Ingenieurs besteht unsere, uns umgebende, Luft aus Molekülen unterschiedlicher Temperatur. Ich meine mich zu erinnern, dass er gesagt hat zwischen minus 50 Grad und 150 Grad (bitte diese Werte korrigieren sofern Ihr sie wisst).

Meine Frage lautet: müsste laut Entropie nicht schnell eine gleichmäßige Lufttemperatur herrschen oder zumindest kam mir die Temperaturdifferenz sehr hoch vor. Da ich mir die Finger fast verbrannt habe, diese jedoch gleich wieder kühlen konnte, konnte ich mich von diesem Effekt eindeutig überzeugen.

Mit ist nicht ganz klar wie ich mir dieses Luftgemenge vorzustellen habe.

Danke schon mal im Voraus
mit besten Grüßen

elnolde

PS: Soweit ich es verstanden habe, handelt es sich bei der von mir beschriebenen Vorrichtung nicht um ein Wirbelrohr (Ranque-Hilsch Wirbelrohr, zu finden bei Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Wirbelrohr) sondern um eine Vorrichtung die zwar auch mit Druckluft betrieben wird, jedoch die Raumluft ansaugt. Ich werde versuchen Informationen darüber zu erhalten und dann einen Link einstellen.
 
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Aragorn

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Meine Frage lautet: müsste laut Entropie nicht schnell eine gleichmäßige Lufttemperatur herrschen
Ja, die Temperatur und damit die mittlere kinetische Energie der Moleküle gleicht sich an. Die Energie der einzelnen Moleküle ist sehr verschieden und kann über das Verteilungsgesetz von Maxwell berechnet werden.


Ein Schweizer Maschinenbauer hat sich eine Kühlvorrichtung patentieren lassen, die über ein anscheinend simples Verfahren kalte und warme Luftmoleküle voneinander trennen kann.

Der Wirkungsgrad n des Carnot-Kreisprozesses (für Wärmekraftmaschinen) ist:

n = (T1-T2)/T1 = 1-T2/T1

T1 ist die höhere Temperatur

-> eine Wärmekraftmaschine kann die aufgenommene thermische Energie nicht komplett in mech. Arbeit umwandeln

Die Güteziffer m des Carnot-Kreisprozesses (für Kraftwärmemaschinen, Carnot-Prozeß entgegen dem Uhrzeigersinn) ist:

m = Q/W = T1/(T1-T2)

T1 ist die höhere Temperatur

-> eine Kraftwärmemaschine (Kühlschrank, Wärmepumpe) kann nur dann thermische Energie, von einem Wärmebad niedriger Temperatur T2 zu einem Wärmebad höherer Temperatur T1 transportieren, wenn gleichzeitig mech. Arbeit aufgewendet wird.

Wenn bsw. einer Wärmepumpe ein äußeres Wärmebad mit T2 = 300 K zur Verfügung steht.
Und damit Heizkörper auf einer Temperatur T1 = 330K gehalten werden sollen, dann ist der bestmögliche Güteziffer des Carnot-Prozesses m = 11.
Gibt der Heizkörper eine Wärmeenergie von Q = 1 Million Joule ab, muß für den Wärmetransport zwischen den beiden Wärmebädern gleichzeitig mindestens eine mech. Arbeit von 91000 Joule aufgewendet werden.

Dieser Sachverhalt wird im 2. Hauptsatz der Wärmelehre ausgedrückt.
Solange der Wirkungsgrad der Kältemaschine des Ingenieurs nicht größer als der obige ist, liegt kein Verstoß gegen den 2. Hauptsatz vor.

Helmut
 
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mac

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Hallo Helmut,

Wenn bsw. einer Wärmepumpe ein äußeres Wärmebad mit T2 = 300 K zur Verfügung steht.
Und damit Heizkörper auf einer Temperatur T1 = 330K gehalten werden sollen, dann ist der bestmögliche Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses n = 0,091.
Gibt der Heizkörper eine Wärmeenergie von Q = 1 Million Joule ab, muß für den Wärmetransport zwischen den beiden Wärmebädern gleichzeitig mindestens eine mech. Arbeit von 91000 Joule aufgewendet werden.
rechne mal, nur so zum Spaß mit Deinem Beispiel aus, wieviel zusätzliche Arbeit bei Deinem Beispiel aufgewendet werden müßte, wenn der Wirkunkgsrad (unphysikalisch) besser wäre, sagen wir mal 0,91. ;)

Herzliche Grüße

MAC

ps. Ich darf das. Ich hab neulich Alexander Fleming zu Ian Fleming gemacht.
 

elnolde

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Hallo Helmut,

danke für Deine Antwort. Ich glaube der Hauptgrund warum wir das Teil nicht gekauft haben war der hohe Preis und der schlechte Wirkungsgrad. Also keine Sorge, die Schweizer werden auch kein Perpetuum Mobile erfinden:D

Hättest Du einen Link für mich (oder bin ich einfach nur zu doof zu googeln) wo ich Informationen über, das von Dir angesprochene, Verteilungsgesetz von Maxwell finden kann? Genau diese Informationen, wie sich die Luftmoleküle verteilen (vermutlich nach der Gaußschen Normalverteilung), würden mich nämlich interessieren.

In der zweiten Zeile des Gesetzes hast Du übrigens T1 und T2 vertauscht, sofern Du für T1 den höheren Wert der Temperatur annimmst. Ja, ja der Carnot-Kreisprozess...lang lang ist's her:confused:

Gruß
elnolde
 

Aragorn

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Hallo Helmut,

rechne mal, nur so zum Spaß mit Deinem Beispiel aus, wieviel zusätzliche Arbeit bei Deinem Beispiel aufgewendet werden müßte, wenn der Wirkunkgsrad (unphysikalisch) besser wäre, sagen wir mal 0,91. ;)

Herzliche Grüße

MAC

ps. Ich darf das. Ich hab neulich Alexander Fleming zu Ian Fleming gemacht.

Ok, die angegebene Gleichung war für den im Uhrzeigersinn durchlaufenen Carnot-Prozeß.
Für Kraftwärmemaschinen wird der Kehrwert verwendet und Güteziffer genannt.
Wie du messerscharf erkannt hast, müßten sonst Wärmepumpen mit hohem Wirkungsgrad mehr mech. Arbeit aufnehmen als schlechtere um die gleiche Wärmemenge zu transportieren.
Habs oben korrigiert.

Hättest Du einen Link für mich (oder bin ich einfach nur zu doof zu googeln) wo ich Informationen über, das von Dir angesprochene, Verteilungsgesetz von Maxwell finden kann? Genau diese Informationen, wie sich die Luftmoleküle verteilen (vermutlich nach der Gaußschen Normalverteilung), würden mich nämlich interessieren.
http://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Boltzmann-Verteilung

PS: Ich bin kein GdM'ler und darf Fehler machen ;)

Helmut
 
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elnolde

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Darüber bin ich gestolpert und schnell weitergerannt. Danke Aragorn darüber werde ich noch eine Weile brüten müssen. Also nix Gaußsche Glockenkurve:mad:

Gruß Gruß

elnolde
 

Ich

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Also nix Gaußsche Glockenkurve[/QUOTE
Doch, schon. Aber nur für den Impuls in jede Richtung, und die Gesamtenergie ist dann proportional der Wurzel der Summe der Impulsquadrate in die jeweilige Richtung.
 
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