Dag Gijs,

De vraag zoals je hem stelt is niet te beantwoorden. Je zou het vat (theoretisch )willen laten meegroeien zodat de uitzetting van de vloeistof kan worden opgevangen om de druk constant te houden. Uitzetting opvangen is prima, maar daarbij kun je de druk niet constant houden zónder dat er tóch damp ontstaat: de dampspanning zal namelijk toch oplopen en dat voert óók de druk op.

Laten we het er dus op houden dat je het volume laat meegroeien met de kubieke uitzetting van de vloeistof als water, en daarbij sta je toe dat de druk oploopt met de bij de temperatuur horende dampspanning. Bij 100°C heb je daarvoor een druk van 1 bar nodig. Dan ontstaat er dus nog nét geen damp. Hoe dat verder gaat bij verdere temperatuursverhoging haal je uit BINAS tabel 13A. Bij 647 K heb je dan al ruwweg 220 bar overdruk nodig, en dan heb je nog steeds alleen vloeistof in je vat.  

Daarmee bereik je echter het kritiek punt. Daarboven verdwijnt het fase-onderscheid tussen gas en vloeistof. De Engelsen spreken dan niet meer van een liquid of gas, maar van een fluid, in het Nederlands zou je het een fluïdum (nou ja, Nederlands?) kunnen noemen, een beter woord hebben we er bij mijn weten niet voor. Het heeft dan eigenschappen van zowel vloeistof als gas.

Beantwoordt dit je vraag al?

Groet, Jan

Dit lijkt zo'n trick question waar een hoop inzicht achter de antwoorden zit.

Laat ik het volle vat eens nemen dat opwarmt tot kookpunt. Vloeistof zet zelf ook uit bij opwarming, dus het vat moet ontzettende tegenkracht geven om dat te voorkomen. Ik denk dat dat niet lukt en het vat knapt.
(zoiets zie je met waterleidingen ook die knappen in de kou - omdat water (beetje gekke stof) uitzet tussen 4 en 0 graden Celsius).

Stel even dat het vat met enorme krachten de uitzetting weet tegen te gaan (en watermoleculen dichter op elkaar weet te duwen). Algemeen geldt voor koken dat vloeistof/gasdampdruk (van gas boven de vloeistof) gelijk is aan de buitendruk (meestal de luchtdruk). Dan ontstaan ook kookbellen onder  in de vloeistof en deze expanderen naar boven (van hoger naar lagere druk) en verlaten de vloeistof als gas.

In een dichte container is er geen buitendruk en ook geen gaslaag erboven. Als warmte wordt toegevoerd gaan de moleculen sneller bewegen maar kunnen niet "ontsnappen" in de damp. De interne energie van de vloeistof neemt dus toe, de druk neemt toe (maar kookbellen kunnen niet ontstaan door die druk) en ik vermoed dat als iemand het deksel van de container haalt de vloeistof spontaan "over"kookt en met grote kracht verdampt/kookt en expandeert.  Geen proefje voor in de keuken en alleen op grote veilige afstand.

 

Beste Jan,

"Uitzetting opvangen is prima, maar daarbij kun je de druk niet constant houden zónder dat er tóch damp ontstaat".

Mijn vraag hierop: Waarom ontstaat er toch damp als er geen ruimte is voor die damp doordat alles gevuld is met vloeistof?

Of is het zo dat doordat de onderlinge krachten verbroken worden bij koken tussen de moleculen, de moleculen toch expanderen omdat de expansiekrachten groter zijn dan de druk van de vloeistof?

Ik vind dit moeilijk te begrijpen. Damp heeft namelijk een groter volume nodig om damp te zijn. Als het daar toch geen ruimte voor heeft kan er toch geen damp ontstaan?

Of zie ik het allemaal helemaal verkeerd?

Wat Theo zegt is wat ik bedoel.

"In een dichte container is er geen buitendruk en ook geen gaslaag erboven. Als warmte wordt toegevoerd gaan de moleculen sneller bewegen maar kunnen niet "ontsnappen" in de damp. De interne energie van de vloeistof neemt dus toe, de druk neemt toe (maar kookbellen kunnen niet ontstaan door die druk"

"Uitzetting opvangen is prima, maar daarbij kun je de druk niet constant houden zónder dat er tóch damp ontstaat".

 Mijn vraag hierop: Waarom ontstaat er toch damp als er geen ruimte is voor die damp doordat alles gevuld is met vloeistof?

 Vanwege dat gegeven: "constante druk" . Omdat de dampdruk oploopt zul je, om een constante druk te kunnen houden, je volume méér moeten vergroten dan nodig is voor alleen de uitzetting van het water. En dat betekent dat je vanzelf meer ruimte maakt. Dat wou je niet. "Constante druk" en "geen ruimte voor damp" zijn dus met elkaar in tegenspraak, sluiten elkaar uit.

Groet, Jan

Beste Jan,

Ik kan het maar niet begijpen. Je hebt het bij voorbaat over dampdruk terwijl er helemaal geen sprake is van damp dus hoe kun je daar dan over spreken.

"Omdat de dampdruk oploopt zul je"

ik bedoel dat er geen damp is en die ook niet kan ontstaan omdat er geen plek is.

Of begin je nu echt te denken dat ik ontzettend stom ben..

Mvg,

Gijs van Houtum

 

Je zult mij niet gauw horen zeggen dat iemand stom is. Hoezo zou het stom zijn iets niet te snappen? Er is zoveel dat ik niet begrijp.........

Of er damp is of niet is onbelangrijk voor het verschijnsel dampdruk: dat is namelijk niet de druk die door de damp wordt uitgeoefend, maar de druk die de vloeistof op de omgeving uitoefent omdat ze WIL verdampen. Of de vloeistof dat dan ook KAN is niet belangrijk: de moleculen willen die vloeistof uit, en dat veroorzaakt die zogenoemde dampdruk.

Duidelijk zo?

Groet, Jan

Als aanvulling op die dampdruk: een vloeistof "verdampt" - ook onder het kookpunt. Sommige moleculen krijgen voldoende snelheid om te ontsnappen. Tegelijk zullen andere moleculen weer terugkomen in het water. De grenslaag is een soort vliegveld van komende en gaande moleculen. Als er evenveel gaan als landen dan is er evenwicht: maximale dampdruk. Bij een open vat zal die druk ver onder de luchtdruk zijn. Ontstaat er ooit een dampbelletje in de vloeistof dan is de druk die het kan uitoefenen kleiner dan van de vloeistof eromheen (=luchtdruk + vloeistofdruk > 1 atm) en dus wordt het belletje samengedrukt en zal al snel helemaal verdwijnen: de damp condenseert weer in de vloeistof.
Maar bij oplopende temperatuur ontsnappen meer moleculen en neemt de dampdruk toe. Bij de kook-temperatuur is de druk zelfs 1 atmosfeer en zal uiteindelijk alles verdampen. Bellen die nu ontstaan in de vloeistof kunnen de vloeistofdruk wel weerstaan. Omdat het onderop (gasvlam onder de bodem) meestal heter is, zal de bel opstijgen (en expanderen) naar de vloeistofoppervlak en daar de ruimte in verdampen. Koken betekent dus dat vloeistof ook midden in de vloeistof kan verdampen ipv alleen aan het oppervlak.

In een afgesloten vat met geen damplaag kan er niets "verdampen". Maar de toegevoegde energie doet wel de temperatuur oplopen en de snelheid van de moleculen. En daarmee de druk in de vloeistof en de druk op de wand van het vat (die dit allemaal aankan, nemen we even aan). De moleculen willen wel verdampen, maar de vloeistofdruk is hoger geworden en daarmee ook de verdampingsdruk. Een dampbel in de vloeistof moet een hogere druk hebben om de omgeving te weerstaan. Dat heeft ie niet en "dus" wordt de bel weer leeggedrukt door de oververhitte vloeistof. Stel je ook voor hoe je een bel probeert groter te maken: het volume dat het wil innemen (gaswet) eist dat de vloeistof die ruimte geeft. Maar het starre dichte vat laat geen extra ruimte toe, dus neemt de druk in de vloeistof enorm snel toe - tot boven de dampdruk in de bel en daarmee verdwijnt de bel weer doordat die ineengedrukt wordt.

Maar o wee als je het deksel erafhaalt of een gaatje prikt in het vat. Ineens kan de vloeistof weg. Het heeft een veel hogere druk dan de buitenlucht en dus spuit/explodeert de vloeistof naar buiten. Met een druk hoger dan de buitenlucht en een temperatuur hoger dan het kookpunt bij die luchtdruk explodeert, kookt en verdampt de inhoud.  Moet een machtig gezicht zijn, maar dan wel op grote afstand.

Zijpad:

Vergelijk (binnenkort weer actueel) mensen die een pan kokend vet of olie willen koelen door daar water op te spuiten. Water gaat meteen koken (neemt warmte op uit vet, warmt op, kookt), expanderen en een grote ontploffing is het gevolg. Brandend vet of olie wordt dan door de hele keuken verspreid en de ramp is compleet.
Even gevaarlijk is gedestilleerd (schoon) water koken in een magnetron in een gladde glazen beker. De temperatuur kan tot boven 100 graden oplopen en toch blijft (bijna) alles vloeistof. Kookbellen in de vloeistof ontstaan rond verontreinigingen daarin en pas spontaan rond 300 graden (ver boven het normale kookpunt). Het kopje vastpakken, schudden of een lepel erin steken geeft ineens die verontreiniging en de vloeistof begint te borrelen en kookt over.
En hoewel weinigen het geloven: dat voorkom je door een bot voorwerp (geen scherpe punt!) als een metalen lepeltje in die beker te doen dat voor geleiding zorgt en het ruwe oppervlak voor belvorming. Er mag dus soms best metaal in een magnetron.

De vragen die hier gesteld worden doen mij denken aan reactorvaten van een kerncentrale. Je hebt drukwaterreactoren waarin het water wordt verhit door de splijtstofstaven, maar omdat de druk in het vat zo'n 155 bar wordt, kookt het water bij 300 oC nog niet. Met behulp van een warmtewisselaar wordt er in het secundaire circuit stoom geproduceerd die de generator aandrijft. De kerncentrale in Borssele heeft een drukwaterreactor.

Verder bestaan er kokendwaterreactoren. Hierin kookt het water en levert daardoor stoom om de generator aan te drijven. In deze reactor is het water ook 300 oC, maar de druk maar 80 bar.

In het geval van een drukwaterreactor is het vat volledig met water gevuld en door de hoge druk ontstaat geen stoom.

Er is dan één verschil: men probeert niet het reactorvat te laten "meegroeien" met de uitzetting van het hete water: de druk kan worden geregeld door aan-en afvoer van water resp. stoom te regelen.

Jan van de Velde, 13 dec 2010

Er is dan één verschil: men probeert niet het reactorvat te laten "meegroeien" met de uitzetting van het hete water: de druk kan worden geregeld door aan-en afvoer van water resp. stoom te regelen.

Natuurlijke taal kan dus ambigue zijn: ik heb dit steeds gelezen als "het vat wordt evenveel groter als het uitzettende water nodig heeft". Niet door af te tappen. Meerdere interpretaties dus. Gelukkig zijn formules iets eenduidiger ;-)

"Of er damp is of niet is onbelangrijk voor het verschijnsel dampdruk: dat is namelijk niet de druk die door de damp wordt uitgeoefend, maar de druk die de vloeistof op de omgeving uitoefent omdat ze WIL verdampen. Of de vloeistof dat dan ook KAN is niet belangrijk: de moleculen willen die vloeistof uit, en dat veroorzaakt die zogenoemde dampdruk".

Dit maakt het duidelijk.

Erg bedankt, ik kan dit dus nooit omzeilen...

Mvg,

Gijs van Houtum