Gibts hier echte Physiker mit Pneumatikkenntnissen

Diskutiere Gibts hier echte Physiker mit Pneumatikkenntnissen im Was ich unbedingt noch sagen wollte... Forum im Bereich Kaffeeklatsch; HI, hatte eine Pneumatik Klausur im Zuge meines Meistervorbereitungskurses und bin nicht einverstanden, mit dem was der Lehrer gerechnet hat....

  1. #1 Alexsey, 05.12.2016
    Zuletzt bearbeitet: 06.12.2016
    Alexsey

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    HI,

    hatte eine Pneumatik Klausur im Zuge meines Meistervorbereitungskurses und bin nicht einverstanden, mit dem was der Lehrer gerechnet hat. Würde mich freuen, wenn einer hier meine Rechnung, bzw. die des Lehrers bestätigen könnte. Bitte aber nur Rückmeldungen von jemandem, der sich seiner Sache absolut sicher ist. Vielen Dank dafür.

    Hier die Aufgabe:

    In einer pneumatischen Anlage wird ein Kolben von einem Druckluftbehälter mit Wind (Druckluft) versorgt, um Hübe auszuführen. Der Kolben (d=15mm) macht jedes mal 3 cm Gang. Der Druckluftbehälter hat ein Volumen von 20 dm^3 bei einem Druck von 4 bar und wird beim Absinken des Druckes auf 3Bar wieder von Kompressor aufgefüllt. Der Zylinder (Kolben) arbeitet bei einem Druck von 2 bar. Wie oft kann der Kolben bewegt werden, bevor der Kompressor anspringt?

    Meine Rechnung:

    Vk=lk x (pi x D^2)/4 = 5,3 cm^3

    Rechnung nach Boyle Mariotte: p1 x V1 = p2 x V2

    3 bar x V2 = 4 bar x 20 dm^3
    => V2 = 26,66 dm^3
    => Vverlust = 26,66 dm^3 - 20 dm^3 = 6,66 dm^3
    (Vverlust ist die Luftmenge (Volumen), welche bei 3 Bar nicht mehr in den Behälter mit 20 dm^3 passt)

    So und nun kommt der Knackpunkt. Da ich die 26,66 dm^3 auf 3 Bar beziehe, gilt dies meiner Meinung nach auch für die 6,66 dm^3.

    Demnach rechne ich diese von 3 auf 2 Bar weiter um:

    2 bar x V3 = 3 bar x 6,66 dm^3
    => V3 = 10 dm^3

    Kolbenbewegungen = V3/Vk = 10 dm^3 / (5,3 cm^3) = 1886,8

    Der Lehrer ist jedoch der Meinung, man müsste Vverlust auf 4 bar beziehen und kommt dementsprechend auf:

    Kolbenbewegungen = 13.32dm^3 / (5,3 cm^3) = 2513,2

    Seine Denkensweise entzieht sich jedoch meiner Logik.
     
  2. #2 ingokl, 06.12.2016
    Zuletzt bearbeitet: 06.12.2016
    ingokl

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    Dein Ergebnis ist richtig, allerdings nur wenn der ganze Vorgang isothem vonstatten geht, was in der Realität bei dem Aufbau natürlich nicht ganz der Fall wäre. Aber ich nehme mal an, dass das in der Aufgabenstellung an anderer Stelle erwähnt wird. Bei nicht isothermer Betrachtung lägt ihr beide falsch;).
    Ich persönlich finde den Rechenweg über das theoretische Volumen der Luft von 26,66dm^3 bei 3 bar etwas umständlich, wenn auch unter den genannten Voraussetzungen korrekt. Der Punkt ist ja, dass das Volumen im Druckbehälter konstant ist. Physikalisch in meinen Augen richtiger, bei gleichem Endergebnis, würde ich (wie gesagt... isotherme Zustandsänderung vorrausgesetzt) mit der gespeicherte Kompressionsarbeit im Behälter bzw. der Differenz der selbigen argumentieren.
    D.h. du hast vorher 20dm^3 Luft bei 4 bar im Behälter. Bevor dann der Kompressor anspringt hast du immer noch 20dm^3 Luftvolumen, allerdings nur noch bei 3bar. Du hast also eine Kompressionsarbeit von (4-3)bar*20dm^3= 1bar*20dm^3 entnommen, die dir für die Füllung des Zylinders zur Verfügung steht (Strömungsverluste einmal aufgabenkonform ausgenommen). Physikalisch korrekt müsste man jetzt natürlich noch die Einheiten umrechnen auf Nm (die SI Einheit für die Arbeit). Das ist aber nicht unbedingt nötig, wenn man bei allen Rechnungen die selben Einheiten verwurstet. Für einen Hub des Zylinders bei 2 bar benötigst du eine Arbeit von 2bar*5,3cm^3=2bar*0,0053dm^3. Nun kommt man auf dieselbe Endrechnung wie du: Anzahl Hübe=1bar*20dm^3 / 2bar*0,0053dm^3 = 10 dm^3 / 0,0053dm^3=1886,8 Hübe (weil ich einfach mit 5,3 und nicht dem korrekten, ungerundeten Hubvolumen des Zylinders gerechnet habe;)).

    edit.: überflüssige und falsche Nachkommastellen entfernt.
     
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  3. #3 norschtein, 06.12.2016
    Zuletzt bearbeitet: 06.12.2016
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    Kenne mich nur mit heißer Luft aus. Aber dazu gibt es keine anfechtbaren Prüfungen ....:D

    Viel Erfolg, Alexey!
     
  4. #4 The Rolling Stone, 06.12.2016
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    In den Schulaufgaben wird zwar "Luft" geschrieben, aber üblicherweise ein ideales Gas vorausgesetzt.

    Jo, Norm und so - aber frag mal einen Taucher der seine Flaschen füllt, da wird überall in Barlitern - bar x dm³ - gerechnet.

    Gut erklärt Ingokl, vielen Dank, ich bin zwar kein Physiker aber trotzdem auch der Meinung dass es so stimmt. Auch den Lehrer kann ich irgendwo nachvollziehen, der geht davon aus, dass bei Beginn der Entnahme im Behälter 4 bar anliegen. Aber Lehrer sind auch nur Menschen - und sogar in Schulbüchern lassen sich öfter mal Fehler bei der Lösung von Aufgaben finden.
     
  5. #5 Alexsey, 06.12.2016
    Alexsey

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    Isotherm ist natürlich Vorraussetzung. Ist im Grunde nur eine unwichtige Nebenrechnung und hat nichts mit unseren reelen Rechnungen zu tun. Aber ich war dennoch schon kurz vorm Zweifeln an mir selber. Also Danke!

    Allerdings hast Du Dich bei der Umrechnung von cm^3 auf dm^3 um eine Stelle vertan: 5,3cm^3=0,0053dm^3
     
  6. ingokl

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    Auch beim idealen Gas wäre das nicht der Fall... bei der Kompression würde sich das Gas erwärmen bzw. das Gas im Druckbehälter abkühlen ;).
    Das mit dern "Taucherrechnungen'" habe ich mir auch gedacht... und das deshalb so gelassen:).
     
  7. ingokl

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    In der Tat... sch... Nachkommastellen;). Danke für den Hinweis! Gerade korrigiert.
     
  8. #8 Kantenhocker, 06.12.2016
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    Meiner auch.
    Dein Lehrer ist auch kein Physiklehrer, oder?
     
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  9. #9 Alexsey, 06.12.2016
    Alexsey

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    Eigentlich behauptet er Physik studiert zu haben. Das Fach nennt sich jedoch Pneumatik und er ist üblichweise Berufschullehrer (Fachrichtung Musikinstrumentenbau).
     
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