Was passiert wenn man 100 Grad heißes wasser mit -100 Grad kalten Wasser gleichzeitig mischt?
14 Antworten
Die beiden Temperaturen gleichen sich aus und es wird eine Mischung aus Eis und Wasser bei 0°C entstehen.
So wie Du die Frage stellst, gehe ich davon aus, daß das 100°C heiße Wasser gerade noch flüssig ist, und das -100°C kalte Wasser festes Eis ist.
Das heiße Wasser würde wohl abkühlen bis 0°C und teilweise gefrieren. Die Frage ist wohl hauptsächlich: Was ist am Ende stärker ?
Ich würde die Wärmekapazität von flüssigem Wasser nachschlagen und die vom Eis. Dann beides gegenrechnen. Ohne nachzuschlagen wäre meine Vemutung, daß flüssiges Wasser höhere Wärmekapazität hat, d.h. wir landen irgendwo bei 0°C oder höher.
Dann muß zunächst die Schmelzwärme überwunden werden. Das heißt, ein Teil des Eises würde schmelzen. Falls es reicht um das ganze Eis zu schmelzen, geht der Rest in die Erwärmung des Wassers.
Guter Einwand, das wäre auch richtig wenn Eis und Wasser die gleiche Wärmekapazität hätten.
Aber -> https://de.wikipedia.org/wiki/Spezifische\_W%C3%A4rmekapazit%C3%A4t
Meine Vermutung war richtig, die von Wasser ist höher als die von Eis, sogar doppelt so hoch ! Also sind die 100K Differenz des heißen Wassers doppelt so viel wert wie die 100K des Eises. Daher wird tatsächlich mindestens ein Teil des Eises schmelzen.
Wasser wird nicht kälter als 0 Grad.
Da muss ich dich leider enttäuschen. Sehr salzhaltiges Wasser hat einen geringeren Gefriepunkt ;)
Die Aussage stimmt. Aber mit ,,Wasser" ist salzhaltiges Wasser nicht automatisch inbegriffen. Ausserdem ist der tiefste Gefrierpunkt von Salzwasser vielleicht bei --20°C; nicht bei --100°C.
Es geht noch tiefer, in der Antarktis gibt es einen Salzsee, der ca. 50% Calciumchlorid enthält, der ist noch bei -50°C flüssig. Aber- bis -100°C geht es meines Wissens nach tatsächlich nicht. Nur so als Kuriosität am Rande.
https://de.wikipedia.org/wiki/Don-Juan-See
Es macht "Zisch !"
Nehmen wir mal an, wir haben 1 kg Eis bei -100 °C und 1 kg Wasserdampf bei 100 °C. Zunächst kondensieren wir den Wasserdampf zu Wasser. Dafür müssen wir 2,26 MJ/kg Energie abgeben. Die geben wir an das Eis ab. Eis hat eine Wärmekapazität von 2 kJ/(kgK).
Q1 = Q2 = m * c_p * delta_T => delta_T = Q1 / (m * c_p)
Das delta_T, das dabei rauskommt ist erheblich größer als die 100 K, die wir bis zum Schmelzpunkt haben. Daher gucken wir erstmal, wieviel Wärme das Eis aufnimmt bis es am Schmelzpunkt ist.
Q3 = m * c_p * delta_T = 1 kg * 2 kJ/(kgK) * 100 K = 200 kJ
Bleiben noch 2060 kJ vom Phasenübergang Dampfförmig > Flüssig. Jetzt müssen wir aber auch beim Eis einen Phasenübergang machen. Die Schmelzenthalpie von Eis liegt bei 333 kJ/kg. 2060 kJ - 333 kJ = 1727 kJ.
Diese 1727 kJ übertragen wir nun auf das nun flüssige Wasser, das vorher unser Eis war. Der Wasserdampf ist noch nicht vollständig kondensiert.
Q4 = m * c_p * delta_T => delta_T = 1727 kJ / (1 kg * 4,2 kJ/(kgK)) = 411 K
Wenn unser Eis nun 100 °C erreicht, dann müssen wir die Verdampfungsenthalpie wieder zuführen um Dampf zu machen. Die Energie in einem kg Dampf reicht also aus um das Eis von -100 °C auf 100 °C zu bringen und noch Teile zu verdampfen. Wem das komisch vorkommt, der möge sich vorstellen, wieviel 1 kg Wasserdampf doch sind... :-) Möglicherweise habe ich mich auch verrechnet... ist schon spät.
ne deine Rechnung stimmt. Ich wprde es aber im Zweifelsfall eher mit Stoffmengen berechnen.
Da hast du aber das falsche Vorzeichen bei der Schmelzwärme, die musst du nämlich aufbringen, Eis kühlt nämlich beim schmelzen, und nimmt dann noch einiges an Wärme auf, drum konnte man ja mit Stangeneis kühlen.
Die Schmelzwärme erwärmt also das Wasser nicht, sondern kühlt, sodass am ende wohl eher alles als Eis unter 0° vorliegen wird.