Physikalische Kräfte am Kühlschrank?
Eigentlich ist das Thema in Physik Wärmelehre, deswegen komm ich mit der Aufgabe hier nicht zurecht bzw. weiß einfach nicht welche Formeln ich verwenden muss.
Aufgabe:
"Ein Kühlschrank mit dem Volumen 180 L hat eine Tür mit der Innenfläche von 0,5 m^2. Zunächst ist der Kühlschrank bei geöffneter Türe abgeschaltet, weshalb die Temperatur von 20°C und der Druck von 1 bar im Inneren des Kühlschrankes dem des umgebenden Zimmers entsprechen. Anschließend wird der Kühlschrank geschlossen und eingeschaltet, wodurch dessen Innentemperatur auf 8°C sinkt.
a) Angenommen der Kühlschrank ist Luftdicht: Welche Kraft wird benötigt, um den Kühlschrank wieder zu öffnen?
b) Tatsächlich ist die Dichtung der Türe nicht perfekt, wodurch es zu einem Druckausgleich kommt. Um wie viel Prozent ändert sich hierdurch die Stoffmenge n ( in Mol ) der Luft im Kühlschrank?"
2 Antworten
a)
Beträgt der Luftdruck 1013 mbar bei 20°C, so sinkt der Druck im Kühlschrank bei 8°C auf
1013 • (273+8) / (273+20) = 971,5 mbar
Der Differenzdruck beträgt 1023-971,5 = 51,5 mbar= 51,5 • 100 N/m²
Bei eine Türfläche von 0,5m² beträgt die Kraft zum Öffnen 2,575 kN
(a)
Wende das Gesetz von Amontons an: Es sagt Dir, wie groß der Druck im Kühlschrank ist, wenn er sich abgekühlt hat.
Und dann benutze die Regel: Kraft = Druck mal Fläche.
(b)
Verwende nun das Gesetz von Gay-Lussac. Es sagt Dir, wie viel mehr Volumen die abgekühlte Luft im Kühlschrank hätte, wenn sie wieder auf Außentemperatur erwärmt würde.
Berichtigung: Die Kraft ist 1/2 mal Druckunterschied mal Fläche.
Nachtrag zu (a):
Die Tür des Kühlschranks wird nicht komplett abgehoben wie ein Kochtopfdeckel. Sie hängt an einem Scharnier und an der anderen Seite ist der Griff. Dadurch entsteht eine Hebelwirkung. Die Flächenelemente der Tür sind im Durchschnitt 1/2 mal so weit vom Scharnier weg wie der Türgriff. Die Kraft, mit der man am Türgriff ziehen muß ist daher nur 1/2 mal Druck mal Fläche.