Auftrieb eines komprimierten Gases

Auto, Rad & Mobilität Luft- & Raumfahrt
#1

Hallo,

wenn ein mit Helium gefülltes Luftschiff (Zeppelin) auch noch komprimiertes Helium in Gasflaschen mitführt, gewinnt es dann an Auftrieb, wenn das Gas aus der Gasflasche in die Hülle abgelassen wird?

Die eigentliche Frage ist wohl: entwickelt ein komprimiertes Gas Auftrieb, oder entsteht der Auftrieb erst wenn das Gas nicht mehr in der Flasche sondern in einem Ballon ist (im Zusammenspiel mit der umgebenden Luft höherer Dichte)?

Bringt eine gefüllte Gasflasche auf dem Boden etwa weniger Gewicht auf die Waage als eine leere?

Ich suche nach einem Artikel/einer Quelle, der dieses physikalische problem behandelt.

Danke für eure Antworten auf eine etwas ausgefallene Frage :wink:

#2

hallo

grob gesagt: auftrieb entsteht dann, wenn ein objekt mehr gewicht verdrängt als es hat. wenn also die durchschnittliche dichte des objekts niedriger ist als die durchschnittliche dichte des mediums, in dem es „gelagert“ ist, wird es auftrieb erfahren und nach oben gedrückt werden.

komprimiertes gas hat ohne zweifel eine höhere dichte als umkomprimiertes (ist ja auch der sinn der sache). also hat es weniger auftrieb.

eine gasflasche besteht aus metall. wenn sie gefüllt ist (keine ahnung, wie stark - vermute mal so um die 300 bar) ist die flasche um einiges schwerer als luft. entlässt man das gas in einen „behälter“ (z.b. einen ballon) und das gas ist leicht genug und der ballon gross genug, kann genug auftrieb erzeugt werden, um gas, ballon und flasche in die höhe zu heben.

de fakto haben gas, ballon und flasche vorher und nachher gleich viel gewicht. nur wenn das komprimierte gas aus der flasche in den ballon geleitet wird und dabei dekomprimiert, vervielfacht sich das volumen des gases - die durchschnittliche dichte des gesammtpaketes nimmt dramatisch ab.

alles klar?

lg
erwin

ps: uboote nehmen z.b. jede menge komprimierte luft mit. die haben kleine tanks, die beim abtauchen mit wasser gefüllt werden. dadurch wird das uboot schwerer als wasser und geht unter. will das boot wieder auftauchen, lässt es druckluft aus dem luftvorat in den tank. die luft verdrängt das wasser aus dem tank, ist aber weitaus leichter. das boot wird insgesammt dadurch wieder leichter als wasser und taucht auf.

#3

Hi,

de fakto haben gas, ballon und flasche vorher und nachher
gleich viel gewicht.

nee, Masse… :wink: Vermutlich hast du auch Masse gemeint und nur das falsche Wort erwischt.

Grüße,
J~

#4

ich nehme nicht an, dass das ding zwischen den versuchen den planeten wechselt - oder dass sich die gravitation verschoben hat. das gewicht bleibt also auch gleich (das immer OHNE auftrieb angegeben werden sollte). lediglich das scheinbare gewicht (also gewicht - auftrieb) ändert sich.

aber ok - die saubere formulierung wäre mit masse - nur wir leben nun mal bisher nur auf der erde und das wird sich auch nicht so schnell ändern…
lg
erwin

#5

Hiho,

normalerweise wäre ich nicht so kleinlich und würde einen umgangssprachlich falsch verwendeten Begriff korrigieren, noch dazu öffentlich. Da hier im Beispiel aber genau die alltägliche Haushaltsphysik nicht mehr greift denke ich schon, dass man hier auf genaue Begriffe achten sollte. Denn grade das festhalten an solcher Haushaltsphysik BEHINDERT IMHO das Verständnis für Probleme. 10kg Helium erzeugen eben nicht prinzipiell Auftrieb. Helium mit einem Gewicht von -100N bezogen auf die Erdoberfläche aber schon.

ich nehme nicht an, dass das ding zwischen den versuchen den
planeten wechselt - oder dass sich die gravitation verschoben
hat. das gewicht bleibt also auch gleich (das immer OHNE
auftrieb angegeben werden sollte). lediglich das scheinbare
gewicht (also gewicht - auftrieb) ändert sich.

Wenn man sich einem Problem naturwissenschaftlich nähern möchte ist es IMHO leichter gleich und ausschließlich naturwissenschaftlich zu formulieren. Dann kann man den Begriff „Gewicht“ auch gleich komplett weglassen und nur von Massen, Volumina und Kräften sprechen.

aber ok - die saubere formulierung wäre mit masse - nur wir
leben nun mal bisher nur auf der erde und das wird sich auch
nicht so schnell ändern…

Ja, aber welches Gewicht hat denn ein fliegendes Luftschiff? Stellen wir es doch mal eben auf die Waage. Oha, die zeigt ja gar nix an. Also hat ein Luftschiff gar kein Gewicht? Die Summer aller Kräfte an der Erdoberfläche ist also Null.
„Der Begriff Gewicht wird dabei häufig synonym für die Summe aller Kräfte verwendet, die auf einen Körper an der Erdoberfläche wirken (also insbesondere der Gravitationskraft, der Auftriebskraft und der Zentripetalkraft),“ (wikipedia, gewicht).

Grüße,
J~

#6

Hallo,

nur ne kleine Anmerkung:
Du hast weiter unten eben den Wiki-Artikel zitiert. Oben hast du allerdings geschrieben:

Helium mit einem Gewicht von -100N…

Soweit ich weiss (bitte um Korrektur wenn ich Irre), dann ist N = Newton = Kraft (Das Formelzeichen der Kraft ist F (von frz./engl. force) und ihre Einheit ist das Newton (N)…, http://de.wikipedia.org/wiki/Kraft ).

Ich sag das nur hier so, da ihr eigentlich beide schon das Richtige meint, nurnoch um die richtigen Fachtermina buhlt.

Ich persoenlich tu mir bei sowas immer recht leicht, wenn ich mir klar mache was Masse, Volumen und Dichte genau ist, bzw in dem Beispiel ist.

In diesem konkreten Fall bleibt die Masse gleich, allerdings ist das Volumen in der Gasflasche deutlich geringer und die Dichte steigt. Wenn das Gas in den Balon kommt erhoeht sich das Volumen, die Dichte singt sinkt.

Wenn ich mich recht erinnere war die Formel doch (die aber jetzt vollkommen ohne gewaehr! Die hab ich mir jetzt irgendwie aus den Fingern gezogen, ich hoffe sie stimmt):

p1*V1*m1*T1 = p2*V2*m2*T2

Ich glaube man kann dann weitgehend von der gleichen Temperatur ausgehen (T1 = T2) und die Masse soll sowieso die gleiche bleiben (m1=m2).

Ich hoffe mal das stimmt alles so wie ich es geschrieben habe. Ansonsten bitte ich um Verbesserung :smile:

Gruss,
Stahlkopf

#7

Hiho,

Du hast weiter unten eben den Wiki-Artikel zitiert. Oben hast
du allerdings geschrieben:

Helium mit einem Gewicht von -100N…

Soweit ich weiss (bitte um Korrektur wenn ich Irre), dann ist
N = Newton = Kraft

Eben! Das ist genau das, worauf ich ja hinaus wollte. Gewicht ist eine Kraft und muss deswegen auch die Einheit N (Newton) bekommen. Macht man aber umgangssprachlich nicht, sondern würfelt Masse und Gewicht durcheinander. Stört aber auch fast nie, weil man die Luft so gut wie immer ignoriert. Wieviel Luft verdrängt ein Auto mit m=1000kg und wie würde sich dadurch dessen Gewichtskraft verändern? Interessiert normalerweise keinen…

Ich sag das nur hier so, da ihr eigentlich beide schon das
Richtige meint, nurnoch um die richtigen Fachtermina buhlt.

Ja, weil ich im Sinne des Ausgangsposters davon ausgehe, dass es hier mal wichtig ist darauf zu achten. Letztendlich soll jeder so reden wie er will :smile:

In diesem konkreten Fall bleibt die Masse gleich, allerdings
ist das Volumen in der Gasflasche deutlich geringer und die
Dichte steigt. Wenn das Gas in den Balon kommt erhoeht sich
das Volumen, die Dichte singt
sinkt.

LOL. ich habe meinen Rechtschreibfehler im PB schon erkannt :wink:

p1*V1*m1*T1 = p2*V2*m2*T2

meinst du das Gesetz von Boyle-Mariotte?
Also p~1/V oder p*V=konstant bei T,n=konstant

Grüße,
J~

#8

Huhu,

Ich sag das nur hier so, da ihr eigentlich beide schon das
Richtige meint, nurnoch um die richtigen Fachtermina buhlt.

Ja, weil ich im Sinne des Ausgangsposters davon ausgehe, dass
es hier mal wichtig ist darauf zu achten. Letztendlich soll
jeder so reden wie er will :smile:

Naja, eher nicht. Damit jeder genau weiss wovon der andere redet ist ein genauer Fachterminus schon wichtig. Von daher sollte das kein negative Kritik sein.

In diesem konkreten Fall bleibt die Masse gleich, allerdings
ist das Volumen in der Gasflasche deutlich geringer und die
Dichte steigt. Wenn das Gas in den Balon kommt erhoeht sich
das Volumen, die Dichte singt
sinkt.

LOL. ich habe meinen Rechtschreibfehler im PB schon erkannt :wink:

Nene, darauf wars nicht bezogen. Ich hab nur zuerst in meiner Verstreutheit singt statt sinkt geschrieben. Da ich das lustig fand und mich erstmal koestlich ueber mich selbst amysieren konnte, hab ich beschlossen den Fehler ‚beizubehalten‘.

p1*V1*m1*T1 = p2*V2*m2*T2

meinst du das Gesetz von Boyle-Mariotte?
Also p~1/V oder p*V=konstant bei T,n=konstant

Arg, du hast natuerlihc recht! Genau das meine ich! Wenn ich mal nur ne Sekunde gescheit drueber nachgedacht haette, dann waer mir der zusammenhang p~1/V eingefallen (oben hab ichs ja ncoh beschrieben).

Aber genau deswegen habe ich um Korrektur gebeten. Dankeschoen!

Grüße,
J~

Gruss,
Stahlkopf

#9

Hallo,

nehmen wir das Beispiel Helium.
Molmasse rund 4 g/mol
Luft hat die gemittelte Molmasse von rund 29 g/mol.
Ergo erzeugen 22,4 l (Molvolumen eines idealen Gases) einen Auftrieb von 29 - 4 = 25 g

Wenn das Helium auf 2 bar komprimiert ist, hat es eine faktische bzw. scheinbare (bezogen auf den Auftrieb) Molmasse von 8 g/mol, der Auftrieb verringert sich auf 21 g pro 22,4 Litern.
Ab einem Druck von gut 7 knapp 8 bar gibt es keinen Auftrieb mehr, bei höheren Drucken Abtrieb.
Wenn eine Druckflasche 200 bar hat, beträgt der Abtieb 800 - 29 = 771 g pro 22,4 Liter.

Allerings wiegt das Metall der Druckflasche weit mehr.

Gandalf

#10

Hallo,

wenn ein mit Helium gefülltes Luftschiff (Zeppelin) auch noch
komprimiertes Helium in Gasflaschen mitführt, gewinnt es dann
an Auftrieb, wenn das Gas aus der Gasflasche in die Hülle
abgelassen wird?

hallo

mal einfach beantwortet:

ja,
das luftschiff oder der ballon gewinnt an auftrieb.
pro 50 liter flasche (mit 200 bar gefüllt) etwa 10 kg

das ganze macht aber keinen sinn, da die flasche selbst schon leer ca 75 kg wiegt, wo ist der nutzen? außer man könnte die flaschen auch noch abwerfen wie das die ballonfahrer bei der weltumrundung machten.
das wären dann noch mal 75 kg an auftrieb, darf man aber hier nicht.

Die eigentliche Frage ist wohl: entwickelt ein komprimiertes
Gas Auftrieb, oder entsteht der Auftrieb erst wenn das Gas
nicht mehr in der Flasche sondern in einem Ballon ist (im
Zusammenspiel mit der umgebenden Luft höherer Dichte)?

ja der auftrieb entsteht erst wenn das gas in einem ballon ist,
auch richtig ist , wo es sich ausdehnen kann und wie du sagst im zusammenspiel mit der luft mit der höheren dichte.

Bringt eine gefüllte Gasflasche auf dem Boden etwa weniger
Gewicht auf die Waage als eine leere?

Antwort: jein.

eine gasflasche die mit gas welches leichter ist als luft (helium oder wasserstoff) mit 200 bar gefüllt ist, wird erst bei helium mit einer füllung unter ca 8 bar, bei wasserstoff unter ca 17 bar leichter, aber nur um ein paar gramm, wass bei dem eigengewicht der flasche, von ca 75 kg, = (1000 x und mehr) nicht ins gewicht fällt.

Ich suche nach einem Artikel/einer Quelle, der dieses
physikalische problem behandelt.

ich kenne leider auch keinen artikel,
wenn man die sache genau nimmt kämen natürlich noch zig faktoren dazu wie: temperatur, luftdruck u feuchte, höhe in der luft, und mehr.
aber sonst frag einfach noch mal nach.

mit einem freundlichen gruß

franz

Danke für eure Antworten auf eine etwas ausgefallene Frage :wink:

#11

hallo gandalf
was soll das mit deinem antwortartikel?
du bist doch sonst so genau und immer hilfsbereit, bei dir lese ich wenigstens immer alles. hast du heute einen schlechten tag gehabt oder willst du den ausgangsposter-fragesteller nur verwirren?
oder watt iss loss?

du antwortest mit molmasse, molvolumen, idealem gas, eine faktisch scheinbare molmasse, 22,4 liter,
wie kommst du auf 771 gramm pro 22,4 liter?
was bedeutet 800 - 29 = 771 gramm?
wie groß ist deine druckflasche?
wer, der sich nicht mit der materie befasst und den mut hat hier zu fragen soll das verstehen?
lese deinen antwortartikel noch mal durch.
mit freundlichem gruß
franz
ps
bei den anderen antworten kann ich auch kaum eine komplettantwort auf die ursprungsfrage finden
die antwort von erwin R war ja verständlich und gut,
aber dann kommt J- und will sein fachchinesisch verkaufen und glaubt daran das er so einem etwas besser erklären kann und bringt alles wieder in unruhe
das problem sich einfach verständlich zu machen mangelt leider sehr.

ich habe zur zeit leider übergewicht, arbeite aber schon dran, und
bin froh wenn mich keiner fragt: was hast du für ne masse bei deiner volumina. irgendwo buhlt einer immer.

franz

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#12

Hallo Franz,

was soll das mit deinem antwortartikel?

das frage ich mich gerade bei Deinem auch.

hast du heute einen
schlechten tag gehabt

Das frag ich mich gerade auch bei Dir.

oder willst du den
ausgangsposter-fragesteller nur verwirren?
oder watt iss loss?

Ähm ich habe einen physikalisch begründeten Artikel geschrieben und war mitnichten meine Intention irgendjemanden zu verwirren.

du antwortest mit molmasse, molvolumen, idealem gas, eine
faktisch scheinbare molmasse, 22,4 liter,

Alles Begriffe aus der Physik.

wie kommst du auf 771 gramm pro 22,4 liter?

22,4 l
Liter sind das sog, Molvolumen, also das Volumen, das ein mol eines idealen Gases unter Standardbedingungen (1013 mbar und 273,1 K) einnimmt.

was bedeutet 800 - 29 = 771 gramm?

200 * 4 = 800
200 ist der Druck in Bar 4 die Molmasse von Helium, 29 die faktische Molmasse der Luft und die Differenz der Abtrieb.

wie groß ist deine druckflasche?

Das ist völlig unerheblich, da ich vom Molvolumen ausgegangen bin. Wenn die Druckflasche 20 Liter haben mag, ist der Abtrieb eben (20/22,4)*771

wer, der sich nicht mit der materie befasst und den mut hat
hier zu fragen soll das verstehen?

Nun ich bin zum einen davon ausgegangen, daß der Frager die Grundlagen versteht und zum anderen hab ich die Begriffe erklärt.

lese deinen antwortartikel noch mal durch.

Ich sehe keinen Handlungsbedarf zur Änderung. Da Du Fragen hattest, habe ich sie Dir erläutert. Das hättest Du aber auch haben können, wenn Du etwas freundlicher gewesen wärst.

Gandalf