Ich habe einen Streit mit meinem Freund darüber, wie eine fast volle Limonadenflasche im Kühlschrank aufbewahrt werden sollte, mit dem Ziel, dass die Limonade nicht leer wird (dh so viel Gas wie möglich in der Flüssigkeit gelöst bleibt). Angenommen, die Flasche ist eine Standard-2-Liter-Flasche und ihre Wände sind undurchlässig, so dass dies ein rein statisches Problem ist.
Ob die Flasche senkrecht steht oder waagerecht liegt, macht seiner Meinung nach keinen Unterschied. Ich denke, dass es im Stehen besser ist. Meine vage Überlegung ist, dass die Kunststoffoberfläche in beiden Fällen den gleichen Druck verspürt aus dem Inhalt; Wenn die Flasche jedoch horizontal liegt, hat die Form der Luft eine größere Oberfläche und benötigt mehr Material, um den gleichen Druck zu erreichen (da Druck über der Fläche liegt).
Meine Aussage über die Form der Luft ist wahrscheinlich wahr durch die isoperimetrische Ungleichung (oder zumindest eine Heuristik, die besagt, dass unter Formen mit demselben Volumen diejenigen, die "näher" an einer Kugel sind, weniger Oberfläche haben), da die Luftform an der Oberseite der Flasche im vertikalen Fall näher an einer Kugel ist als die Form, wenn sie horizontal liegt (in diesem Fall ist die Luft wie ein langes Prisma). Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob der vom Kunststoff gefühlte Druck in beiden Fällen gleich ist.
Wer hat Recht und warum?
EDIT: Danke für deine Erklärungen. Ich verstehe jetzt, wie ich dies in Bezug auf konstante Lautstärken beantworten kann, obwohl es für mich nicht sehr intuitiv ist. Ich frage mich, ob es eine Erklärung dafür gibt, dass die Summe der auf die Oberfläche der Flüssigkeit wirkenden Kräfte sowohl für die horizontale als auch für die vertikale Konfiguration Null ist.
Das Volumen der Flasche und das Volumen der Flüssigkeit sind in beide Richtungen gleich. Durch Subtraktion bedeutet das, dass das Gasvolumen in beiden Richtungen gleich ist. Der Unterschied geht davon aus, dass die Begründung der Frage nicht existiert.
Im seitlichen Fall ist mehr Fläche vorhanden. Dadurch wird das Gleichgewicht schneller erreicht. Aber es wird so oder so das gleiche Gleichgewicht erreichen.
In einer ungeöffneten 2-l-Sodaflasche aus Polyethylenterephathalat (PETE) erfolgt der CO2-Verlust hauptsächlich durch Diffusion des CO2 durch die Wände der Plastikflasche. Wenn Sie eine volle Flasche bei Raumtemperatur gelassen haben, beträgt die Halbwertszeit dieses Prozesses etwa sechs Monate, was bedeutet, dass eine sechs Monate alte Flasche Limonade bei Raumtemperatur zu etwa 50 % leer ist, selbst wenn Sie sie nie öffnen. Nach einem Jahr wird es zu 75 % flach sein.
Die Aufbewahrung der Flasche im Kühlschrank verlangsamt diesen Prozess auf natürliche Weise, sodass eine gekühlte Flasche Limonade ihr CO2 viel länger behält. Und im wirklichen Leben schaut man sich nicht nur Tag für Tag eine volle Flasche an – man trinkt daraus. Der größte Teil des CO2 geht beim Öffnen der Flasche verloren . Es besteht wahrscheinlich ein gewisser Unterschied zwischen den Diffusionsraten an der Flüssigkeits/PETE-Grenzfläche gegenüber der Gas/PETE-Grenzfläche, aber in jedem Fall ist dies ein Prozess, der Monate bis Jahre dauert.
Jedes Mal, wenn Sie die Flasche öffnen, verlieren Sie jedoch eine erhebliche Menge CO2. Der Verteilungskoeffizient für CO2 in Wasser beträgt etwa 4 , das Gas über der Flüssigkeit hat also etwa 1/5 der CO2-Konzentration im Vergleich zur Flüssigkeit, die eine viermal höhere Konzentration hat. Ihre Flasche wird also jedes Mal, wenn Sie die Flasche öffnen, um etwa 20 % flacher (dies ist eine grobe Annäherung! ***), vorausgesetzt, Sie lassen genügend Zeit, damit sie nach dem Schließen der Flasche wieder ins Gleichgewicht kommt.
Also, wenn Sie sich Sorgen machen wollen, dass Ihr Soda nicht leer wird, vergessen Sie, wie Sie es im Kühlschrank aufbewahren - es spielt keine Rolle. Was Sie vermeiden möchten, ist, die Flasche öfter als nötig zu öffnen. Wie flach ist Ihr Soda? Wie oft hast du die Flasche geöffnet? Nehmen wir an, Sie entnehmen bei jedem Öffnen 300 ml aus der Flasche:
Openings Fullness Cumulative CO2 lost
-----------------------------------------
One 85% 4.2%
Two 70% 13.5%
Three 55% 28.2%
Four 40% 47.8%
Five 25% 70.2%
Six 10% 90.8%
*** Wenn wir zumindest davon ausgehen, dass jedes Mal, wenn die Flasche geöffnet wird, eine Portion Soda entfernt wird, dann gibt es bei jedem Öffnen einen Gas-/Flüssigkeitsanteil von ~15-85 %. Wenn die Flasche voller ist, wird es einen geringeren CO2-Verlust geben, da das Volumen, das zum erneuten Unterdrucksetzen bis zum Gleichgewicht benötigt wird, geringer ist – wenn sich die Flasche leert, steigt der CO2-Verlust pro „Öffnen“ ebenfalls an. Ein CO2-Verlust von 20 % tritt nur dann auf, wenn die Volumina von Flüssigkeit und Gas gleich sind (dh: halb leere Flasche). Eine zu 75 % gefüllte Flasche würde beispielsweise nur 7,7 % ihres CO2 verlieren, aber eine zu 25 % gefüllte Flasche würde ganze 43 % ihres restlichen CO2 verlieren.
Nach dem Henryschen Gesetz ist die Masse des gelösten Gases proportional zum Druck auf der Flüssigkeit. Da der Druck in beiden Fällen gleich ist, sollte es keine Rolle spielen, ob die Flasche vertikal oder horizontal steht
Ich möchte zu Ihrem Argument kommentieren, dass aufrecht stehend trotz gleichem Volumen die Oberfläche kleiner ist, daher der Druck.
Hier ist Ihre Argumentation fehlerhaft. Tatsächlich hängt der Druck am Ende in Ihrer Flasche vom Volumen und der Temperatur ab, nicht von der Oberfläche mit der Flüssigkeit.
Oberfläche mit der Flüssigkeit wäre interessant gewesen, wenn die Flüssigkeit nicht ausnahmslos inkompressibel gewesen wäre und sich damit das Volumen geändert hätte.
Hier arbeiten Sie in einer Situation mit konstantem Volumen.
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