Kann eine Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter sieden?

Der Titel sagt alles. Wenn man einen Behälter (z. B. mit Wasser) füllt und verschließt, damit keine Luft entweichen kann, und den Behälter dann kontinuierlich erhitzt, kann die Flüssigkeit kochen oder vollständig verdampfen?

Hast du jemals eines dieser Glasdinger mit einer Kugel an jedem Ende gesehen? Enthält eine Art Flüssigkeit in einem leichten Vakuum, wie ich es verstehe. Du hältst eine Kugel mit deiner Hand und die Flüssigkeit kocht aus der Kugel, durch die Hitze deiner Hand.
Gibt es Platz für Luft (oder ein anderes Gas), wenn der Behälter geschlossen ist?

Antworten (2)

Ja, es wird kochen. Effektiv erhitzen Sie es mit konstantem Volumen. Ich werde versuchen zu erklären, was mit der Flüssigkeit (ich nehme Wasser an) passiert, wenn sie kocht. Dieses Bild unten zeigt das pVT-Phasendiagramm (Druck, Volumen, Temperatur) für Wasser, das eine komplexe 3D-Oberfläche ist:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wir können diese Oberfläche nach unten projizieren, um eine 2D-Darstellung davon zu erstellen, die als TV-Diagramm bezeichnet wird (das Bild oben zeigt ähnliche Projektionen links und rechts für pV und pT):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies wird uns helfen, zu visualisieren, was im Phasendiagramm des Wassers passiert, wenn es sich bei konstantem Volumen erwärmt.

Wir beginnen bei Punkt 1, wo wir Wasser bei atmosphärischer Temperatur, atmosphärischem Druck und atmosphärischer Dichte im Behälter haben. Wenn wir Wärme hinzufügen, folgt der Zustand einer konstanten Drucklinie zu Punkt 2. An Punkt 2 beginnt das Wasser zu kochen. Die Temperatur bleibt konstant, da die hinzugefügte Wärmeenergie für die Zustandsänderung in latente Wärme übergeht. Sobald wir bei Punkt 3 angekommen sind, ist der Teil des Behälters, der ursprünglich kein Wasser enthielt, jetzt voller Dampf und kann sich nicht mehr ausdehnen, da er durch den Behälter eingeschränkt wird. Von hier aus folgt der Zustand einer vertikalen Linie konstanter Dichte – er gewinnt an Temperatur und Druck, wenn Wärme hinzugefügt wird, aber die Dichte ändert sich nicht. An Punkt 4 hat sich der Druck bis zu dem Punkt erhöht, an dem sich der Dampf wieder in flüssiges Wasser verwandelt - es ist jetzt offensichtlich heißer als zuvor und es ' s erweitert, um den Behälter zu füllen. Über Punkt 4 hinaus werden Temperatur und Druck des Wassers weiter zunehmen, und sobald wir den kritischen Punkt überschritten haben, haben wirüberkritischer Dampf , der weder flüssig noch gasförmig ist, aber einige Eigenschaften von beidem hat.

Hoffentlich hilft das!

Aber verhindert der Sättigungsdampfdruck nicht jede Art von Sieden?
Wo werden Sie gesättigten Dampf haben? Wenn Sie sich auf der Sättigungslinie rechts vom kritischen Punkt befinden, erhöht eine weitere Erwärmung die Temperatur und den Druck, und Sie landen schließlich wieder im Bereich der überkritischen Flüssigkeit.
@adoion Wasser ist nicht zu 100% inkompressibel, also kann es komprimiert werden, und das wird passieren, Sie haben ein konstantes Volumen, aber der Druck wird stark ansteigen. Selbst ohne den Siedepunkt zu überschreiten, erfordert die gleiche Anzahl von Molekülen in einem gasförmigen Zustand viel mehr Druck, um das Volumen des ursprünglich flüssigen Wassers beizubehalten.
Ich denke, es hängt davon ab, ob Sie die Frage so interpretieren, dass die Flüssigkeit im Behälter mit etwas Gas versiegelt ist oder stattdessen im Behälter versiegelt ist und ihn vollständig einnimmt, ohne Gas oder Vakuumbereich im Behälter. Wenn absolut kein Gas/Vakuum im Behälter vorhanden ist, kocht die Flüssigkeit – nachdem der Behälter explodiert ist.
@Hot Licks: Ich bin in meiner Antwort davon ausgegangen, dass der Behälter zunächst nur teilweise mit Wasser gefüllt war (~80%), da dies nicht eindeutig angegeben war. Wenn es dann komplett gefüllt beginnt (vorausgesetzt, der Behälter ist unendlich stark), folgt das Wasser nur einer vertikalen Linie auf dem Diagramm von Punkt 1, weil es sich von Anfang an überhaupt nicht ausdehnen kann. Es wird also überhaupt nicht kochen und Dampf erzeugen, obwohl es meiner Meinung nach immer noch als überkritische Flüssigkeit endet, wenn es an Wärme und Druck gewinnt.
@Hot Licks: obwohl es in einer realistischen Situation durchaus möglich ist, dass der Behälter explodiert, wenn er dem Druck nicht standhält.
@Time4Tea - Explode ist eine Untertreibung. Es passiert ziemlich oft, dass ein unsachgemäß installierter Warmwasserbereiter explodiert, und es ist nicht ungewöhnlich, dass das Gerät buchstäblich durch die Decke schießt.
Ist das nicht ungefähr das, was in einem Schnellkochtopf passiert?

Ich würde annehmen, wenn Sie einen Behälter hätten, der nicht platzen kann und bis zum Rand gefüllt ist, würde er eine Flüssigkeit sagen, da er sich nicht ausdehnen kann, obwohl der Druck steigen und die Flüssigkeit sich erwärmen würde, aber ich weiß es nicht sicher, aber ich bin zuversichtlich, dass das passieren würde. -Davis.A

Willkommen bei Physics SE und danke für deine Antwort :) Glaubst du, du könntest deine Idee etwas detaillierter erklären - so wie es jetzt ist, habe ich zumindest Probleme, es genau zu verstehen.
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