Vakuumdruckäquivalent in einem mit Wasser gefüllten Heberschlauch?

Also habe ich darüber nachgedacht, wie Siphons heute funktionieren, und egal wie hoch oder tief das Rohr geht, solange das Ende niedriger ist als der Anfang, fließt Wasser. Wenn Sie also einen Schlauch nehmen, ihn 50 Fuß hoch und dann wieder auf den Boden führen, scheint es, als würde Wasser durchfließen.

Als ich jedoch einige Berechnungen durchführte, sah es so aus, als würde der Schlauch nach einem Aufstieg von ~ 33 Fuß (entspricht 1 Atmosphäre beim Abstieg) einen vollständigen Vakuumdruck aufweisen.

Das würde bedeuten, dass das Wasser wie im Weltall abkochen würde. Wenn Sie alternativ mehr als 33 Fuß hoch gehen, würden Sie im Verhältnis zum Vakuum einen Unterdruck haben? Dies ist intuitiv und mathematisch nicht sinnvoll.

Wie können wir also diese Diskrepanz auflösen?

Vom absoluten Druck her gesehen gibt es keinen Unterdruck (unterhalb eines harten Vakuums). Und ja ~ 33 Fuß ist Ihre Grenze (1 atm). Genau wie bei der umgekehrten Barometerröhre mit dem evakuierten Raum über der Quecksilbersäule werden Sie beginnen, einen evakuierten Raum über dem Wasser zu sehen. Funktioniert der Siphon noch? - Ja. Unsere Atmosphäre begrenzt Ihren Arbeitsdruck nur auf eine Druckatmosphäre!
... und übrigens ist der evakuierte Raum nicht wirklich evakuiert - kein hartes Vakuum. In beiden Fällen (Quecksilber oder Wasser) haben Sie gasförmige Partikel beim Dampfdruck.
Exakt. Dies ist ein wichtiges Prinzip bei der Konstruktion von Pumpsystemen. Wenn Sie eine Pumpe an der Spitze des Systems anbringen und versuchen, eine Entfernung von etwa 10 m hochzupumpen (worüber sprechen diese "ft" Sie beide?), dann erzeugen Sie einfach ein nahezu Vakuum an der Spitze des Rohrs und es wird kein Wasser gepumpt. Stattdessen setzen Sie eine Tauchpumpe an den Boden des Rohrs und drücken das Wasser nach oben. Der Druck im Inneren des Rohrs direkt über der Pumpe ist höher als der Druck außerhalb des Rohrs.
@gleedadswell, Spaß beiseite. Wenn Sie also ein Rohr nehmen, das beispielsweise 100 Fuß lang ist, es mit Wasser füllen, beide Enden in einen Eimer stecken und es absenken, haben Sie effektiv Gase / Dampf oben, und Wasser unten.
@docscience, du sagst, dass der Siphon auch dann noch funktioniert, wenn es einen evakuierten Raum gibt. Was passiert mit dem Wasser, wenn es durch diesen Raum fließt? Verdampft es auf der einen Seite und kondensiert auf der anderen wieder?
@StackTracer, am besten nicht "Dampf" nennen. In dem Teil der Röhre, der über etwa 10 m liegt, haben Sie (kühlen) Dampf mit niedrigem Druck. Bei jeder Flüssigkeit wird der Druck des Dampfes darüber, wenn Sie darüber ein nahezu Vakuum erzeugen, als "Dampfdruck" bezeichnet und ist eine wichtige Materialeigenschaft dieser Flüssigkeit.
@gleedadswell, ich bin mir der technischen Einzelheiten bewusst. Ich habe kein Problem damit, es Dampf zu nennen, da der Begriff "Dampf" für mich nicht wirklich ein Temperaturgefühl impliziert. Außerdem erwähnte Docscience, dass der Siphon immer noch funktionieren würde. Ist das wahr? Wenn ja, wie würde dieses Wasser durch den evakuierten Raum fließen? Verdampft es an einem Ende und kondensiert es am anderen? Das ist die einzige Erklärung, die mir jetzt einfällt...
@StackTracer, der Siphon funktioniert nicht. Das flüssige Wasser fließt nicht durch den evakuierten Raum. Deshalb habe ich in meinem ursprünglichen Kommentar gesagt, dass kein Wasser gepumpt wird.

Antworten (1)

Ja, nicht wirklich ... Sie können einen negativen absoluten Druck haben, nur nicht in idealen Gasen. Andere Materialien haben Kohäsion und können unter negativen absoluten Drücken einen metastabilen Zustand aufrechterhalten.

Siehe zum Beispiel das PLOS One- Papier von 2016, in dem ein Wassersiphon gezeigt wird, der bei 15 m arbeitet: Negative Pressures and the First Water Siphon Taller than 10.33 Meters oder http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0153055

Oder der kurze Artikel über Wissenschaft von 1902 (leider hinter einer Paywall), in dem ein Hg-Siphon gezeigt wird, der bei 70 cm arbeitet (lokaler atmosphärischer Druck 61 cmHg): ON THE SIPHON http://dx.doi.org/10.1126/science.15.369.152

Möglicherweise möchten Sie weitere Informationen aus dem Link in Ihre Antwort aufnehmen, falls der Link nicht mehr funktioniert.
Danke, ich habe eine kurze Beschreibung der Experimente beigefügt und die DOI-Links zu den Papieren gesetzt, die langfristige Unterstützung haben sollen.
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