Soll eine Sodaflasche horizontal oder vertikal gelagert werden?

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 P 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.

Hast du beide ausprobiert, um zu sehen, ob du einen Unterschied feststellen kannst?
Seine eigentliche Aussage war, dass, wenn es einen Unterschied gäbe, dieser zu gering wäre, als dass wir ihn ohne Instrumente feststellen könnten (und dem stimme ich zu). Ich habe die Geschichte ausgeschmückt, um ein besseres Problem zu machen.
Wie Bob Jacobsen sagte, wenn Sie es horizontal lagern, wird das CO2 schneller ausgasen, da die auszugasende Fläche größer ist, aber wenn Sie es vertikal lagern, wird es den gleichen Zustand erreichen, nur nach einer längeren Zeit.
Bedenken Sie, dass bei horizontaler Aufbewahrung der Inhalt stärker erschüttert wird (mehr Platz) als bei vertikaler Aufbewahrung. Wenn Sode geschüttelt wird, gast es aus.
@beppe9000 ... und in wenigen Sekunden (in einem geschlossenen Behälter) kehrt es wieder ins Gleichgewicht zurück.
Gehen Sie also davon aus, dass die Flasche vollkommen fest ist oder nicht?
Die wirkliche Antwort ist, dass Sie die Flasche im geöffneten Zustand zusammendrücken und dann mit so wenig Luft wie möglich schließen sollten.
Ich stimme dafür, diese Frage als nicht zum Thema gehörend zu schließen, da es um die Lagerung von Lebensmitteln und nicht um Physik geht
@sirjonsnow das mache ich immer, aber ich habe keine konkreten Beweise dafür, ob das tatsächlich einen signifikanten Einfluss auf die TTF (Time To Flat) hat.
@sirjonsnow, lässt das Zusammendrücken dem CO2 nicht einfach mehr Platz zum Ausgasen, bevor der Dampfdruck erreicht wird?
Ja, quetschen ist eine schlechte Idee. Vielleicht könnte es funktionieren, wenn Sie ein Seil um Ihre zusammengedrückte Flasche wickeln, um zu verhindern, dass sie sich ausdehnt, oder etwas wirklich Schweres darauf legen.
Eigentlich ist der beste Weg, aber es passt in den Kühlschrank :-)
Soda ist ein sehr verlockendes Thema. Ich bin immer noch verwirrt darüber, wie ich diese etwas verwandte Frage beantworten soll: physical.stackexchange.com/questions/186294/…
@ JPhi1618 Vielleicht muss dann jemand eine umgekehrte Weinpumpe erfinden? Schrauben Sie es oben auf Ihre Flasche und pumpen Sie dann den Druck auf , um zu verhindern, dass es leer wird!
Die Wände werden als undurchlässig angenommen, aber was ist mit der Kappe? Beeinflusst es die Leckrate, wenn die Kappe in Flüssigkeit oder in Gas sitzt?
@Chronocidal Dies , aber wer weiß, ob es tatsächlich funktioniert ...

Antworten (4)

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.

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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.

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Ausgezeichnete Antwort. Viel besser als das akzeptierte, weil es tatsächlich den realen Fall beantwortet. Allerdings habe ich einen kleinen Minuspunkt: Wenn Sie eine Limonadenflasche öffnen, entfernen Sie nicht das Ganze C Ö 2 aus dem Gasanteil in der Flasche. Durch den Druck in der Flasche verlieren Sie sofort eine gewisse Menge Gas, aber der Großteil des Gases bleibt und wird nur durch die Luftzufuhr verdünnt, wenn Sie Ihr Getränk einschenken. Der Rest C Ö 2 wird die Menge reduzieren C Ö 2 das in die Gasphase übergehen muss, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
Was ist, wenn Sie die Flasche öffnen, während Sie sie verkehrt herum halten (also Wasser in der Nähe des Ausgangs ist, nicht CO2)? Würden Sie dann weniger CO2 verlieren (oder würden Sie durch das Sprudeln der einströmenden Luft mehr CO2 verlieren)?
@MatijaNalis Ich schlage vor, Sie probieren es aus und finden es heraus.
Für die Berechnung der Verluste von jeweils 20 % erfordert dies nicht, dass das Volumen von Flüssigkeit und Luft gleich ist, 50/50? Ich kann mir nicht vorstellen, dass eine volle Flasche beim ersten Öffnen 20 % verlieren würde, aber ich bin mit der damit verbundenen Druckdynamik nicht sehr vertraut.

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

Warum ist der Druck über der Flüssigkeit in beiden Fällen gleich?
Das Flüssigkeitsvolumen und damit das Luftvolumen ist in beiden Konfigurationen gleich. Dasselbe gilt für die innere Energie, also warum sollte sie sich ändern? oder mit anderen Worten, P = nRT/V
Ich verstehe, dass sich die Volumina nicht ändern, aber je nach Position könnte eine gewisse Übertragung des Gases von der Flüssigkeit in die Luft stattfinden, daher ist mir nicht klar, dass der Druck gleich bleiben wird. (oben sollten alle Variablen tiefgestellt sein P H oder P v je nach horizontal oder vertikal, und nicht klar, dass die N H = N v )
Wenn Sie die Flasche nicht schütteln, um das Gas und die Flüssigkeit aus dem Gleichgewicht zu bringen, gibt es keinen Grund dafür, dass Gas die Flüssigkeit verlässt, wenn Sie die Flasche bewegen, da der Druck und das Henry-Gesetz dafür sorgen, dass dies nicht geschieht. Wenn Sie es schütteln, wird es schließlich einen Gleichgewichtszustand erreichen, der derselbe sein sollte wie der vorherige.
Diese Frage könnte also umformuliert werden: "Hat die Luft in beiden Konfigurationen den gleichen Druck?" Und Sie sagen: "Da die Luft in beiden Konfigurationen den gleichen Druck hat, gibt es keinen Gradienten, der Gas von der Flüssigkeit in die Luft drückt." Entweder ist das ein Zirkelschluss, oder ich verstehe es nicht.
Ich sage, dass es den gleichen Druck hat, weil n T und V gleich sind. Das Volumen kann sich nicht ändern, da sich die Flüssigkeit nicht ausdehnt oder schrumpft. Das einzige, was sich ändern könnte, ist n, die Anzahl der Gasmole außerhalb der Flüssigkeit, aber dies ändert sich nicht, es sei denn, der Druck ändert sich zuerst (aufgrund des Henry-Gesetzes).
@Wolphramjonny Ich bin nicht überzeugt, dass Ihr letzter Kommentar richtig ist. Ändert das aus der Flüssigkeit freigesetzte Gas nicht den Druck - ich denke, gelöste Gase nehmen bei gleichem Druck weniger Platz ein als freie Gase? (Dies hat keinen Einfluss auf die Antwort, da die Gleichgewichtsposition immer noch nicht von der Oberfläche abhängt.)
@Taemyr Genau. Es ist der Unterschied im Druck, der das Ausgasen antreibt, und der Gleichgewichtsdruck ist sowohl für die vertikale als auch für die horizontale Position gleich (er hängt nicht von der Oberfläche ab, sondern nur vom Volumen, wenn alles andere gleich ist, was es in der Magie ist Flasche in der Frage). Die Situation tendiert zu dem Fall, in dem der Druck des gelösten Gases derselbe ist wie der Druck des nicht gelösten Gases - das gelöste Gas verliert an Druck zum nicht gelösten Gas, bis sie gleich sind.
@Taemyr Das Schütteln der Flasche ändert den Druck nicht. Siehe: youtube.com/watch?v=K-Fc08X56R0
Ich wollte nicht andeuten, dass das Schütteln der Flasche den Druck verändern würde. Ich habe vielmehr angedeutet, dass sich der Druck ändern kann, wenn sich die Flasche nicht im Gleichgewicht befindet, während dieses Gleichgewicht erreicht wird.
@eps Tatsächlich zeigt das Video ausdrücklich, dass meine Intuition richtig war. Der Druck steigt, wenn der Kohlenstoff aus der Lösung freigesetzt wird, wenn mehr Kohlenstoff in der Lösung vorhanden ist, als der Gasdruck unterstützt. - Er zeigt dies, indem er eine ungeschüttelte Flasche öffnet und sie dann schließt - wobei er beobachtet, dass der Druck bei Umgebungsdruck beginnt und dann ansteigt.
@Taemyr Entschuldigung, ich habe es falsch verstanden.
Die Diffusion aus der Flasche heraus hängt von der Oberfläche der Flasche ab. Die Oberfläche der flüssigen Phase und der Gasphase kann sich je nach Ausrichtung ändern, aber ich weiß nicht, ob sich die Diffusionsraten je nach Phase ändern werden.

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.