1000 kg Aluminium sind zu schmelzen. Welche Wärmemenge ist zu zuführen, wenn die Anfangstemperatur 20°C beträgt? 1 Schmelzen von Aluminium

1 Schmelzen von Aluminium

1000 kg Aluminium sind zu schmelzen. Welche Wärmemenge ist zu

zuführen, wenn die Anfangstemperatur 20°C beträgt?

2 Wasser schmelzen und erwärmen

Zehn Liter Eis  = 0,9kg/dm

und einer Temperatur von –15°C soll geschmolzen werden und anschleissend auf 18°C erwärmt

werden.

Welche Energie in kWh wird dazu benötigt.

kWh ,

W  1 10

1

2

3 

 

3

2 ^{1 2}²¹

1 2 1 2

1 2 m c 

Q

Lf

m

Q2 3  

4 ^{3 443} 3 4 3 4

3 4 m c 

Q F e s t

1

F l ü s s i g ^{3 2}

3 F e s t

2

1 2 1 2 1 2 1 2

1 2 m c

Q

Lf

m Q2 3

F l ü s s ig

4 3 4 4 3

3 4 3 4

3 4 m c

Q

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RE 5.56

Eis schmelzen, erwärmen und verdampfen

Ein ^kg Eis von 0  C Temperatur soll geschmolzen, dann erwärmt und anschliessend verdampft werden. Machen Sie eine Grafik, in welcher die zugeführten Energien ersichtlich sind. Kennzeichnen Sie die vorhandenen Aggregatszustände.

Wie gross ist die benötigte Wärmemenge?

Verdampfen bei 98  C Dampftemperatur 110  C Schmelzwärme ^{332 kJ / kg} Wärmekapazität ^{4 , 19 kJ / kg  C} Verdampfungswärme ^{2260 kJ / kg}

kJ

3053

4

RE 5.51

Ammoniak verdampfen

Welche Wärmemenge ist notwendig um ^{4 , 2 kg} Ammoniak zu verdampfen?

( L

 1380 kJ / kg )

MJ 754 , 5

Absorber- Kühlschrank

Aufgrund seiner großen spezifischen Verdampfungsenthalpie von 1380

kJ/kg wird Ammoniak auch als Kältemittel eingesetzt.

Der Absorberkühlschrank arbeitet mit einem Wasser-Ammoniak-

Gemisch. Im Kocher werden Ammoniak und Wasser durch

Wärmezufuhr (Gasflamme, elektrische Beheizung, Sonnenwärme, ...) getrennt.

Danach werden das flüssige Wasser und das gasförmige Ammoniak über verschiedene Rohrsysteme weitergeleitet. Das Ammoniak wird im Kondensator

verflüssigt; hier gibt der Kühlschrank Wärme an die Umgebung ab. Ein Verdampfer im

Innenraum macht es wieder gasförmig – an dieser Stelle kühlt

der Kühlschrank. Anschließend wird das Ammoniak im Absorber

mit dem Wasser zusammengeführt.

Ammoniak (R-717) Ammoniak wird seit über 130 Jahren in Industriekälteanlagen

verwendet und gilt als umweltfreundlich, wirtschaftlich

und energieeffizient.

Kompressor- Küklschrank

Ein Kompressorkühlschrank entspricht in der Funktion fast einer

Wärmepumpe, er unterscheidet sich lediglich in der Nutzung der

Wärmeübertrager. Die Temperaturregelung erfolgt mit

einem Thermostaten, der den Kompressor je nach gewünschter Temperatur ein- bzw. ausschaltet.

Ein Kühlschrank erzeugt Kälte, das heißt, er entfernt Wärme.

In den meisten Fällen ist das Kältemittel Freon, Frigen oder

Solkane im Einsatz..

1 Kondensator 2 Expansionsventil 3 Verdampfer 4 Kompressor

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RE 5.52

Nickeleinsatz in der Elektrotechnik

Welche Menge Nickel kann mit einer Wärmemenge 4 , 04 MJ geschmolzen werden ( ^L

 293 ^kJ / ^kg )?

kg 79 , 13

Nickel in der Elektrobranche

Leuchten

Supraleiterdraht

Bei Hochtemperatur-Supraleiter erfunden reicht es aus, wenn sie,

beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, auf minus 196 Grad

gekühlt werden.

Das lässt sich erreichen, wenn es aus drei Schichten zusammengesetzt ist. Oben befindet sich der eigentliche Supraleiter, dazwischen ein Puffer

und unten ein Substratband.

Letzteres ist eine höchstens 0,08 Millimeter dicke Folie aus speziellem Nickel-Wolfram-

Werkstoff, der von der ThyssenKrupp VDM entwickelt worden ist. Dieser Verbund ist insgesamt weniger als einen halben Millimeter dick und bis zu

20 Millimeter breit. Dieser von Zenergy Power gefertigte Supraleiter-Draht der zweiten

Generation.

Gehäuse

Akkumulator

Ein Nickel-Cadmium-Akkumulator (NiCd-Akku) ist ein wiederaufladbarer Akkumulator (so

genannte Sekundärzelle).

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RE 5.53

Alkohol dl 8 ,

0 Alkohol verdunsten. Welche Wärmemenge wird hiebei der Umgebung entzogen (   0 , 79 kg / dm

, L

 880 kJ / kg )?

kJ 2 , 556

BAK Blutalkohol- Konzentration

[g/kg]=[‰]

Eine 500ml Flasche Bier mit 3% Alkohol enthält also

ml V

 0 , 15

Alkohol.









Al

V m

g m

 11 , 85

Alkoholabbbau Die Abbaurate vom Blutalkohol

ist individuell unterschiedlich.

(Männern ungefähr 0,15‰ und Frauen 0,12‰ pro Stunde)

Blutmenge 70 bis 80 ml Blut pro kg Körpergewicht, dies entspricht

ca. 5 bis 6 l Blut.

kg m

 80

Verteilung Verteilungsfaktor im Körper

bezogen auf das Körpergewicht und die Grösse

(

r

 0 , 68

55 0,

r



Nach Widmark berechnet.

Achtung!

Es dauert etwa zwei bis drei Stunden , je nach Körperkonstitution, bis der

gesamte aufgenommene Alkohol vollständig ins Blut

übergegangen ist.

Berechnung Alkoholgehalt (BAK)

[g/kg]

Die Berechnung des Alkoholgehaltes wird nicht in

Bezug auf die Blutmenge sondern auf das Körpergewicht ermittelt.

] [

] [

kg g r m BAK V

K Al



  

‰

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RE 5.54

Gussform

In einer Gussform erstarren 1 , 35 t Stahl.

Welche Wärmemenge wird dabei freigesetzt ( L

 880 kJ / kg )?

Hochofen

„Weißes Roheisen“ enthält Eisenbegleitern wie - Kohlenstoff, Silizium, Phosphor und Schwefel auch einen großen Anteil an Mangan. Dieser bewirkt zum einen eine weiße, strahlige Bruchfläche und zum anderen eine Verbindung von Kohlenstoff und Eisen zu Eisencarbid. Weißes Roheisen dient als Ausgangsstoff zur Stahlerzeugung Beim „Grauen Roheisen“ überwiegt neben den anderen Eisenbegleitern vor allem das Silizium. Dieser bewirkt, dass sich der Kohlenstoff beim Abkühlen als Graphit ausscheidet, was sich in einer grauen Bruchfläche bemerkbar macht.

Graues Roheisen dient als

Ausgangsstoff zur Herstellung von Gusseisen.

Produkte aus Roheisen Roheisen ist hart und spröde, daher technisch nicht verwendbar, weil es einen zu hohen Kohlenstoffgehalt hat.

Es muss daher weiterverarbeitet werden:

Gusseisen

Je nach Zusammensetzung unterscheidet man:

1. Gusseisen 2. Temperguss 3. Legiertes Gusseisen Verwendung:

Kurbelwellen, Radnaben, Schwungräder

MJ

6

,

372

8

RE 5.55

Wasserdampf kg

2 ,

1 Wasserdampf kondensieren, welche Wärmemenge wird dabei an die Umgebung abgegeben ( L

 2260 kJ / kg )?

kJ 2712

Kühltürme Wasserdampf

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RE 5.57

Konstantan herstellen

Um die Legierung Konstantan herzustellen muss man 56 % Kupfer ( C

kg kJ

c  0 , 389 /  , ^L

 209 ^kJ / ^kg ) und 44 % Nickel ( C

kg kJ

c  0 , 461 /  , ^L

 293 ^kJ / ^kg ) zusammenschmelzen.

Anfangstemperatur 20  C , Endtemperatur 1550  C .

Wieviele kJ werden zum Herstellen von ^{100 kg} Konstantan benötigt?

MJ 96 , 8

Konstantan Nickel-Kupferlegierungen

als Heizleiter mit guten Widerstandseigenschaften sind in DIN 17471 genormt.

CuNi44 wird für Heizwiderstände in Drahtform verwendet.

Legierungen mit hohem Nickelgehalt, wie das genormte „Konstantan“ mit

56 % Kupfer und 44 % Nickel, max. 1 % Mangan.

Die Entwicklung als Heizleiter geeigneter Legierungen geht auf den

Beginn des 20.

Jahrhunderts und noch weiter zurück.

Nach der Erfindung der Glühbirne durch T.A.

Edison wurde nach Stoffen gesucht, die beständiger als ein Kohlefaden waren und sehr hohe Erhitzung

aushielten.

Eine Lösung boten Legierungen aus Osmium

und Iridium, später aus Osmium und Wolfram.

(Markenname Osram).

TG

5.4 101

Frage

Welche Aggregatszustände und

entsprechenden Temperaturen von Wasser haben wir kennen gelernt?

TG

5.4 102

Frage

TG

5.4 103

Frage

TG

5.4 104

Frage

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