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Tauchphysik - Joule-Thomson und die realen Gase

Hallo Tauchergemeinde,

ich habe ein kleines Verständnisproblem und hoffe, dass mir jemand weiterhelfen kann?

Also, alles dreht sich recht primitiv um die Frage, warum denn eine Flasche beim Füllen erwärmt?

Gelernt nach dem Joule-Thomson-Effekt, dass sich beim Komprimieren von Luft die freiwerdene Energie in Wärme umwandelt. Soweit klar.

Schau ich mir jetzt einen z.B. dreistufigen Kompressor an, herrschen in der letzten Speicherstufe ja bereits Drücke von 200-220 bar je nach Ausführung. Die vorkomprimierte Luft wird ja quasi in die leere Flasche nur noch übergeleitet. Also komprimiert wird da meinem Verständnis nach nix mehr. Trotzdem wird die Flasche teilweise sehr warm.

Ich stehe da im Moment ziemlich wortgenau auf dem Schlauch... Über Antworten und eine entsprechende Erleuchtung würde ich mich freuen.

Gruß
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neutaucherCMAS***
19.12.2007 18:06
Hallo Perci,

natürlich, würde ich sagen wird da in der Flasche etwas komprimiert. Beim Überleiten aus dem Speicher entspannt sich die Luft natürlich und kommt dann in der Flasche mit dem dort herrschenden Restdruck an. Durch die nachströmende Luft aus dem Speicher erhöht sich der Druch in der Flasche langsam und die dort befindliche Luft wird wieder komprimiert. Bis halt auch dort 200 bar herrschen. So ungefähr jedenfalls.

MfG

neutaucher
Frank34CMAS**, 700TG
19.12.2007 18:16
Genau weiss ich`s auch nicht aber spontan fällt mir dazu folgendes ein:

Gehen wir von einer zunächst leeren Flasche aus, so entspannt die Luft am Ausgang der 3. Stufe zunächst einmal wieder auf einen relativ niedrigen Druck. Die Abkühlung im Bereich des Ausgangs sollte kaum auffallen, da gleichzeitig der Kompressor ordentlich Wärme produziert.

Bei voller werdender Flasche wird die zuvor eingefüllte Luft erneut komprimiert, wodurch sie sich wieder erwärmt.

Gleichzeitig entspannt die neu zugeführte Luft immer weniger, da der Druckunterschied immer kleiner wird und kühlt somit immer weniger ab.

D.h. gegen Ende füllt man die Flasche eh mit "heisser Luft" , da diese zuvor im Kompressor verdichtet und somit erwärmt wurde.

Wenn ich Blödsinn erzählt haben sollte, so lasse ich mich gerne eines besseren belehren, aber ich denke so ganz falsch kann mein Gedankengang nicht sein.
19.12.2007 18:20
@Perci.....

der Schlüssel zur "Erleuchtung" ist, daß du dir mal überlegen solltest, WARUM du die Flasche füllen willst???
Am Anfang ist sie leer (oder hat deutlich weniger Druck als 200 v bar) jetzt punpt der Kompressor Luft rein...also hast du in der Flasche einen Druckanstieg---ergo wird sie warm.

Es stimmt, daß in der 3. Stufe schon ein hoher Druck herrscht, ABER der Druck wird in einem sehr kleinen Volumen aufgebaut.....am OT des kolbens öffnet das Ventil und "entlässt" einen Druckstoß in Richtung Flasche. Die Flasche hat ein sehr viel größeres Volumen als die 3. Stufe, also kann die Luft sich ganz leicht wieder stark ausdehnen. Die Luftmoleküle haben reichlich Platz, um ganz vergnügt in der Flasche rumflitzen zu können....mit jedem dieser Druckstöße kommen aber mehr Luftmoleküle dazu, also wird der Platz immer weniger, in dem sich die Moleküle bewegen können und die Flasche wird warm.....
HTH

19.12.2007 18:21
Das ist es. Entspannung beim Überleiten. Vielen Dank für die schnelle Aufklärung. Manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht

Herrje, nachdem ich von einer guten Ausbildung bei Padi zu einer fundierten Ausbildung beim VDST gewechselt bin, hat sich mein Taucherwissen in Potenzen ausgedrückt um 3 erhöht. Leider betrifft das auch die Verständnisfragen

Als erfahrener Leser dieses Forums sind die Worte "gut" und "fundiert" übrigens absichtlich so gewählt

Danke nochmals
Gruß
DeichgeistTaucher
19.12.2007 20:23
Und bitte nicht vergessen, dass der Joule-Thomson Effekt nur für reale Gase gilt. Ideale Gasen zeigen keinen Joule-Thomson-Effekt. Aber sie erwärmen sich bei isochorer Druckerhöhung (http://de.wikipedia.org/wiki/Isochore_Zustandsänderung) nach dem "Idealen Gasgesetzt". In dem von Oliver2 geschilderten Fall gibt es sogar Druckbereiche, in dem die Wärmezunahme nicht mehr proportianal zur Druckerhöhung ist, weil Luft ein reales Gas ist, somit nach dem Joule-Thomson Effekt (http://de.wikipedia.org/wiki/Joule-Thomson-Effekt) reagiert. Beim Komprimieren wird sogar Wärme in Form der Bewegungsenergie der Luftmoleküle in Bindungsenergie zwischen den Teilchen umgewandelt.
Soll heissen: Die Flasche wird weniger warm als sie eigentlich sollte, wenn Luft ein ideales Gas wäre.

@Perci: Wenn Du gerade für das dritte Sternchen lernst: Du musst den Unterschied erkennen!

Viel Erfolg Deichi
shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
19.12.2007 20:28
War ein guter Fred bis ....

"hat sich mein Taucherwissen in Potenzen ausgedrückt um 3 erhöht" -> das lassen wir mal so stehen, das Radizieren dessen, was nun in dritter Potenz vorhanden ist, lassen wir besser.

"Leider betrifft das auch die Verständnisfragen", ja, man merkt die Früchte einer fundierten Ausbildung deutlich.

Wobei ich dir Recht gebe, so eine fundierte Ausbildung bringt schon was, manchmal, nicht immer, auch für das reale Leben. Sofern sie sich nicht auf reines Einpauken beschränkt sondern auch schult, erlentes Grundwissen kombinatorisch anzuwenden.

Wir haben alle in der Schule den Satz des Pythagoras gelernt, schön eingängig und leicht zu merken. Wenn dann der Kumpel fragt, wie lange denn ein Seil sein muss, dass man zur Stützeung der Verbandsfahne im Abstand von x meter zum Fahnenmasten, der x mhoch ist, sein muss, wirds manchmal dünn.

Oder man lernt in der Tauchphysik etwas über die kinetischen Energie von Gasen. Alles schön eingepaukt. Man kann dann schöne Begriffe verwenden wie reale und ideale Gase, Joule-Thomson etc. pp. Tja, und dann fragt man sich, was beim Füllen einer leeren Flasche passiert...

Wir merken uns also: Kognitive Fähigkeiten sind nicht so sehr von Verbänden abhängig. Danke für die überzeugende Beweisführung

Oliver: guter Beitrag und anschaulich erklärt!
DeichgeistTaucher
19.12.2007 20:30
Ja bin ich den deppert!.. Was schreib ich denn da? Es ist natürlich genau umgekehrt! "Wenn der mittlere Teilchenabstand zunimmt, wird Arbeit gegen die Anziehungskräfte, die zwischen den Teilchen wirken, verrichtet.".... Soll eigentlich heissen beim Zusammenquetschen der Teilchen wird überproportional viel Wärme frei......

Sorry! Mea Culpa Maxima!.. war ein langer anstrengender Tag... und ich war zu fix mit meinem Kommentar!
shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
19.12.2007 20:33
Deichi: du natürlich auch
henrii.a.c. Masterinstructor, CMAS TL**
19.12.2007 21:30
Also prinzipiell hast Du Recht. Auf dem Weg von der letzten Stufe zur Flasche findet keine Kompression mehr statt. Die letzte Kompressionsstufe ist der letzte Zylinder des Kompressors.
Die Luft wird aber auch nicht wieder auf die Eingangstemperatur gekühlt. Es wird also warme Luft in die Flasche gefüllt, die sich vorher in den Stufen des Kompressors während der Kompression erwärmt hat.

Grüße,

henri
19.12.2007 22:40
"Es wird also warme Luft in die Flasche gefüllt, die sich vorher in den Stufen des Kompressors während der Kompression erwärmt hat." Ah ja. Und warum wird dann die Empfängerflasche beim Überströmen warm?

Oliverzwei hat den Sachverhalt obenstehend ausnahmsweise anschaulich und werteneutral dargestellt.

Um mit Altbundesbirne zu sprechen: entscheidend ist, was hinten herauskommt und zwar die Temperaturdifferenz der Ansaugluft und der komprimierten Luft in der Flasche.
phuketCMAS-Coursedirector
20.12.2007 04:10
Kennt jemand ein ideales Gas??
Die letzte Stufe drückt gegen das Druckhalte-Ventil, die komrimierte Luft kann also nicht einfach von der letzten Stufe in die Flasche strömen. Die Entspannung vom Kompressordruck auf den jeweiligen Flaschendruck findet im Druckhalte-Ventil statt und das wird tatsächlich kalt.
Und natürlich wird in der Flasche komprimiert. Vorher 50 bar und dann 200 bar. Dabei wird Wärmeenergie frei (wie schon erwähnt). Zwischen den jeweiligen Stufen wird die Luft abgekühlt bevor sie in der nächsten Stufe weiter komprimiert wird.
Viel Spass beim Füllen und Grüße aus Phuket an alle.
Stephan
20.12.2007 08:47
@Deichgeist

Ich lerne und verstehe für den Doppelstern. Aber man wird ja nicht gezwungen, vor den Kapiteln zum Dreistern das Buch zuzuklappen...

@Shuttle

Genau deswegen frage ich ja hier in die Expertenrunde. Was nützt das sture Einpauken von Theorie, wenn man es nicht versteht...
Mich bringt es z.B. extrem weiter, dass ich nicht nur weiss, dass es so ist wie es ist, sondern nunmehr in der neuen Ausbildung auch vermittelt bekomme, warum es so ist. Mit der neu erlernten Theorie tauche ich wesentlich bewusster.

Kleines Beispiel. Was kümmerte mich früher Rauchen beim Umziehen direkt vor dem TG, Husten unter Wasser (naund!), Pressatmung wegen Druckausgleich (naund!). Seitdem ich gelernt und verstanden habe, was ein "Foramen ovale" und "Air Trapping" ist, tauche ich komplett anders.

Seitdem ich gelernt habe, was Teildrücke sind, wie sie sich unter Druck verändern und welche Auswirkungen sie auf den Körper haben, was Halbwertszeiten sind, wie Gewebearten unterschiedlich auf Druck reagieren, wie sich Stickstoff überhaupt in den Körper einlagert, wie er wieder abgegeben wird...und und und...für mich kann ich behaupten, es hat sich ein Tor zu einer anderen Welt aufgetan. Und ich darf wohl für alle VDSTler sagen, alles von mir angesprochene, ist absolutes BASISwissen.

Ihr könnt damit rechnen, dass ich in den nächsten Tagen sicherlich noch ein paar weitere Verständnisfragen stellen werde, da ich das Gefühl habe, sinkt die Aussentemperatur in unserer wunderschönen Heimat gen 0 Punkt, wandern alle TL´s wie Zugvögel in wärmere Gefilde.
Meiner ist jedenfalls nicht greifbar.

Eine Frage hätte ich schon wieder...ach, lassen wir das erstmal. Bis dahin

Gruß


shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
20.12.2007 09:10
"Seitdem ich gelernt und verstanden habe, was ein "Foramen ovale" ..... ist, tauche ich komplett anders. " -> könnte jetzt fragen wie? Ne , lass mal.

Ich denke du hast meinen Beitrag verstanden

Frag ruhig, das ist absolut in Ordnung und interessante Fragen fordern auch und heben das Niveau. Nur lass die Seitenhiebe weg.

20.12.2007 09:31
@shuttle

Klar hab ich Deinen Beitrag verstanden. Die teils punktgenaue Ironie ebenfalls, über welche ich schmunzeln musste. Ich mag ja auch beide Verbände. Darum geht es mir absolut nicht und Seitenhiebe werden eingestellt.

Ok, nächstes unklare Thema mal mit etwas mehr praxisbezug. Thema: Vereisung. Dazu gleich ein neuer Thread. Und schonmal Danke für Antworten.

Wenn das hier so weiter geht, wird sich mein TL bei Rückkehr aber wundern, warum ich keine Fragen mehr im Unterricht stelle. Da kann ich dann ja antworten, ich habe deutschlandweite Connection



shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
20.12.2007 09:38
"ich habe deutschlandweite Connection" -> ... der war gut, super. Und stimmt ja, die hast du ja hierdurch wirklich !
20.12.2007 11:16
Trotzdem würde ich Fachliteratur zum Lernen vorziehen, denn wie kannst du sicher sein, dass alle hier dir das richtige sagen?
shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
20.12.2007 11:59
Im Prinzip hat Tümpi recht: man braucht nur die Antworten vn Oliver2 und die von Henri lesen .

Es gibt jedoch Fragen, deren Antworten in keinem Fachbuch stehen, die durch Logik und Anwendung des Erlenten zu beantwortet sind. Oder in welchem Fachbuch steht die Antwort zu Perci`s Frage?

Ich finde solche Freds wie diesen klasse und jeden Beitrag wertvoll. Oli erklärt super, Deichi bringt noch etwas erweiterte Gedanken hinein, die Gäste korrigieren Henri etwas und Perci hat Antworten und neues Gedankenfutter.
25.12.2007 11:58
@shuttle....

Danke für die Blumen....irgendwas muß ich ja auch können


@ Gäste.....
warum ausnahmsweise???????

@Perci

wie passt denn :

"...Seitdem ich gelernt habe, was Teildrücke sind, wie sie sich unter Druck verändern und welche Auswirkungen sie auf den Körper haben, was Halbwertszeiten sind, wie Gewebearten unterschiedlich auf Druck reagieren, wie sich Stickstoff überhaupt in den Körper einlagert, wie er wieder abgegeben wird...und und und..."

mit:

"...nachdem ich von einer guten Ausbildung bei Padi..."
(wobei du ja sagst, daß du das "gut" bewusst gewählt hast)

zusammen, wenn das alles Neuland ist????
henrii.a.c. Masterinstructor, CMAS TL**
02.01.2008 13:56
Na shuttle, auch als Ahnungsloser geoutet. Ansonsten erklär doch mal, was an meiner Antwort falsch ist.
Oder findet bei Deinem Kompressor zwischen der 4 Stufe und der dahinterhängenden Flasche noch eine Kompression statt? Bei meinem nicht. Meiner füllt nur so lange Luft in die Flasche, wie in der 4 Stufe ein höherer Druck herrscht als in der Flasche...

Naja, wie auch immer, Physik und Technik ist halt nicht jedermanns Stärke.
shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
02.01.2008 14:15
... mit dem falschen Fuß aufgestanden? was soll das denn???????????

"Oder findet bei Deinem Kompressor zwischen der 4 Stufe und der dahinterhängenden Flasche noch eine Kompression statt?" -> Haäh ?

"Naja, wie auch immer, Physik und Technik ist halt nicht jedermanns Stärke." -> Lesen und verstehen anscheinend auch nicht.

Sag mal, so kenn ich dich gar nicht? dir ist schon klar, dass du nicht mit einem Perci redest, oder ... also solche Sprüche spar dir bei mir bitte. Sonst treffen wir uns mal am Physikalisches Institut Stuttgart mit Tilmann Pfau als Schiedsrichter
shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
02.01.2008 15:18
Aufgrund eigentlich hoher Wertschätzung, henri:

"findet bei Deinem Kompressor zwischen der 4 Stufe und der dahinterhängenden Flasche noch eine Kompression statt?" -> beim Kompressor nicht, in der Flasche steigt der Druck je nach Lieferleistung des Kompressors innerhalb von x Minuten vom Anfangs- bis zum Endruck langsam an, es findet eine Expansion der einströmenden Luft mit ansschließender Verdichtung durch den "Nachschub" statt, solange, bis der Enddruck erreicht ist.

"Bei meinem nicht" -> na gut, bei dir fällt die komprimierte Luft also portionsweise in die Fläsche, gut

"Meiner füllt nur so lange Luft in die Flasche, wie in der 4 Stufe ein höherer Druck herrscht als in der Flasche...2 -> hat zwar mit dem Thema nichts zu tun, glaub ich dir aber und gut, das wir darüber gesprochen haben.

26G haben es schon dezent angesprochen: Überströmung. Schau mal, in meiner Speicherfalsche (300l) ist ein Druck von 200bar. Die Luft ist kalt. Jetzt hänge ich mein 10er Fläschle ran, 60 bar, auch kalt. Dann dauerts ein bißchen und dann hab ich in meiner Flasche 205bar drin, die Speicherflasche ist immer noch kalt und mein Fläsche wohlig warm. ... wer das wohl war
shuttleTL** / Instructor Trainer / MSDT / TMX
02.01.2008 15:29
...schnell und schlampig, 195 bar natürlich
henrii.a.c. Masterinstructor, CMAS TL**
02.01.2008 16:08
Na shuttle, dann liegen wir anscheinend ja doch nicht so weit auseinander. Dein obiger Kommentar hat mich zu der Antwort gebracht: <<...man braucht nur die Antworten vn Oliver2 und die von Henri lesen...>> in Kombination mit dem Kommentar von Tümpi, auf den Du Dich berufst. Da implizierst Du ja wohl, daß Oliver2 und meine Wenigkeit keine Ahnung haben.

In der Tat ist es so daß der Druck in der Flasche langsam ansteigt. Nur zwischen der 4. Stufe und der Flasche findet keine Kompression sondern eine Entspannung statt. Mißt man die Temperaturen, ist die 4. Stufe auch deutlich wärmer als die Flasche. Die Luft müßte sich nach der 4. Stufe bei der Entspannung in die Flasche sogar etwas abkühlen (bezogen auf das Temperaturniveau in der 4. Stufe.Die Erwärmung der Flasche ist also eher auf die einströmende warme Luft als auf die relativ langsame Kompression des Gases in der Flasche zurückzuführen. So war mein Kommentar oben gemeint.

Sorry für den rüden Ton...

henri
henrii.a.c. Masterinstructor, CMAS TL**
02.01.2008 16:16
Beim Überströmen findet natürlich eine Kompression des Gases in der empfangenden Flasche statt. Es mag Dich beruhigen, daß auch bei mir die Empfängerflasche warm wird, während sich die Spenderflasche abkühlt. Beim Überströmen von großen Speichern in kleine Flaschen hat man aber ganz andere Verhältnisse als beim Füllen mit einem Kompressor. Beim Überströmen werden relativ große Luftmengen in relativ kurzer Zeit umgefüllt. Die Empfängerflasche ist relativ klein und die Temperaturdifferenz wird sich stärker bemerkbar machen als bei der Spenderflasche.

Beim Kompressor wird, ganz oft nacheinander sozusagen ein Minivolumen (Schnapsglas) mit einem hohen Druck in ein großes Volumen (Eimer) mit niedrigem Druck entleert. Klar, irgendwann ist der Eimer voll, aber der Druck kann nie höher sein als in der 4 Stufe. Also schieben wir da bestenfalls Luft mit dem gleichen Druck in die Flasche (gegen Ende des Füllvorganges).

Grüße,

henri
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