Berechnung einer Luftpumpe

Wissenschaft Physik
#1

Hallo!!
Es geht um folgendes:
Ein Reifen mit geometrischem Volumen 2 Liter wird mit einer Pumpe mit einem Hub befüllt. Der Anfangspruck p0 im Reifen ist 3 bar absolut und soll auf 5 bar absolut gesteigert werden. Es soll auch möglich sein, mit der leeren Pumpe das Volumen aus dem Reifen zu ziehen um wieder den Anfangszustand zu haben. Also ein geschlossenes System.

Dazu ist das Volumen der Pumpe zu berechnen und welche Leistung/Energie ich benötige um die Befüllung/Entleerung in 2 Sekunden durchzuführen?

Generell berechne ich erst die Volumina im Reifen bei den Drücken:

  • p0 = 3 bar --> V_Reifen = V_geom*p0 = 6 Liter
  • p1 = 5 bar --> V_Reifen = V_geom*p1 = 10 Liter
    Das nun das Volumen der Pumpe 4 Liter ist, ist sicherlich falsch.

Ich weiß leider nicht welche Zustandsänderung ich annehmen soll um nahe am realen Fall zu sein.

Kann mir jemand helfen und die entsprechenden Formeln bereitstellen?
Vielen Dank!

#2

Hallo MHartler,

diese Hausaufgabe hast du schon am Tag deiner Anmeldung hier am gleich Brett gestellt (siehe Archiv). Du bekamst auch Reaktionen, antwortetest aber leider nicht.

Vielen Dank!

Bitte:

#3

Du kannst dir die adiabatische Zustandsgleichung vornehmen und die Aspekte berücksichtigen, die dir bereits bei der vorherigen und fast identischen Frage mit auf den Weg gegeben wurden.

#4

@ Sven Glückspilz: Die Frage nach dem Rechengang für meine Hausaufgabe beantworte ich folgend: Alles was ich bisher habe steht oben: die Berechnung der Volumina unter den vorherrschenden Drücken. Mehr Rechengang ist nicht vorhanden.

@ Peter 57: Adiabat macht keinen Sinn, da ergibt sich eine Temperaturzunahme von Raumtemperatur auf 60°C. Die Berechnung berücksichtigt keine Temperaturabgabe an die Umgebung. Der gemessene Versuch geht in etwa von einer Erhöhung der Temperatur von 5°C aus.

Als Ergänzung zur letzten Frage wurde eine Zeitangabe gemacht, durch die vielleicht eher abgeschätzt werden kann, welche Zustandsänderung Sinn macht.

Mit einfacher Schulphysik komme ich leider nicht weiter!
Ich freue mich über weitere Hilfestellungen.
Danke!

#5

Beantwortung der Frage: siehe unten

#6

@ Peter 57: Adiabat macht keinen Sinn, da ergibt sich eine
Temperaturzunahme von Raumtemperatur auf 60°C. Die Berechnung
berücksichtigt keine Temperaturabgabe an die Umgebung. Der
gemessene Versuch geht in etwa von einer Erhöhung der
Temperatur von 5°C aus.
Generell berechne ich erst die Volumina im Reifen bei den Drücken:

  • p0 = 3 bar --> V_Reifen = V_geom*p0 = 6 Liter
  • p1 = 5 bar --> V_Reifen = V_geom*p1 = 10 Liter
    Das nun das Volumen der Pumpe 4 Liter ist, ist sicherlich falsch.

Als Einheit kommt da bestimmt nicht Liter heraus

Beim isothermen Ansatz ist die Differenz 4 Liter*bar. Das entspricht p0*V_Pumpe.

Es soll auch möglich sein, mit der leeren Pumpe das Volumen aus dem Reifen zu ziehen um :wieder den Anfangszustand zu haben. Also ein geschlossenes System.

Wenn das System nur geschlossen ist, kannst du so rechnen, wie von mir angedeutet. Wenn es abgeschlossen ist, dann ist es adiabatisch, wenn ein teilweiser Energieaustausch möglich ist- polytrop.

Als Ergänzung zur letzten Frage wurde eine Zeitangabe gemacht,
durch die vielleicht eher abgeschätzt werden kann, welche
Zustandsänderung Sinn macht.

Du benötigst die Arbeit, die bei isothermer Kompression ins System reingesteckt wird. (Zwei Suchbegiffe).

#7

Einer noch
Vielleicht machst du dir einmal ein paar Gedanken darüber, wie diese drei Aussagen zusammenpassen…

Dazu ist das Volumen der Pumpe zu berechnen und welche Leistung/Energie ich :benötige um die Befüllung/Entleerung in 2 Sekunden durchzuführen?

Adiabat macht keinen Sinn , da ergibt sich eine Temperaturzunahme von :Raumtemperatur auf :60°C. Die Berechnung berücksichtigt keine Temperaturabgabe an :die Umgebung. Der gemessene Versuch geht in etwa von einer Erhöhung der :Temperatur von 5°C aus.

Als Ergänzung zur letzten Frage wurde eine Zeitangabe gemacht,
durch die vielleicht eher abgeschätzt werden kann, welche
Zustandsänderung Sinn macht.

…und was du auf dieser „Faktenlage“ an Hilfe erwartest (erwarten kannst).

#8

Hallo MHartler,

Dazu ist das Volumen der Pumpe zu berechnen und welche

ich bekomme ein Volumen für die Luftpumpe von 8 l heraus. Angenommen wird ein atmosphärischer Luftdruck von 1 bar und ein isothermer Kompressions-Vorgang.

Leistung/Energie ich benötige um die Befüllung/Entleerung in 2
Sekunden durchzuführen?

Um den im Reifen bestehenden Druck von abs. 3 bar Reifen (mit V = 2 l) auf abs. 5 bar zu erhöhen („Befüllung“), benötigt man eine
Energie von ca. 2670 Ws bzw. eine
Leistung von etwa 1335 W (da die isotherme Verdichtung innerhalb von 2 Sek. stattfinden soll).

Kann mir jemand helfen und die entsprechenden Formeln
bereitstellen?

Ich nahm die gleichen Formeln wie du.

Vielen Dank!

Bitte

#9

Hallo MHartler,

Dazu ist das Volumen der Pumpe zu berechnen und welche

ich bekomme ein Volumen für die Luftpumpe von 8 l heraus.
Angenommen wird ein atmosphärischer Luftdruck von 1 bar und
ein isothermer Kompressions-Vorgang.

Die Hälfte davon macht’s auch (bei Atmosphärendruck). Für den Fall, dass du es dir mal genau überlegst…