Wie kommt es, dass ein Pfeifkessel erst dann zu pfeifen beginnt, wenn Wasser kocht, und nicht lange vorher - weil heiße Luft unter Druck entweicht?

Ein Pfeifkessel beginnt zu pfeifen, wenn das Wasser kocht und sich in einen Dampfstrahl verwandelt, der dann durch die kleine Öffnung im Auslauf austritt.

Aber warum passiert das nicht viel früher - wenn die Luftmoleküle im Kessel genug erhitzt sind, sollten sie nicht auch (aufgrund des erhöhten Drucks) zwangsweise durch die Öffnung entweichen? (Nehmen Sie an, dass der Kessel zur Hälfte mit Wasser gefüllt war und die obere Hälfte daher mit Luft gefüllt war). Dies sollte lange vor dem Sieden geschehen (wenn die Wassermoleküle genug Schwung bekommen, um von der Wasseroberfläche zu entkommen). Doch in der Praxis setzt das Pfeifen erst ein, wenn das Wasser kocht – wieso?

Es gibt einen ganz aktuellen Zeitschriftenartikel darüber, warum Wasserkocher pfeifen: „Die Aeroakustik eines Dampfkessels“ Phys. Flüssigkeiten 25, 107101 (2013) scitation.aip.org/content/aip/journal/pof2/25/10/10.1063/…

Antworten (2)

Nehmen wir einen Liter an 1000 W Wasserkocher, gefüllt mit 0,5 Kilogramm Wasser bei 20 ∘ C :

Um ein Gramm Wasser um ein Grad Celsius zu erwärmen, benötigt man 4,2 Joule.

Also zum Aufwärmen 500 Gramm Wasser 80 Grad ab 20 Zu 100 nimmt 168 , 000 Joule. Der Wasserkocher wird liefern 1000 Joule pro Sekunde, also dauert es 168 Sekunden, bis der Wasserkocher kocht.

Während dieser Zeit ist die 0,5 Liter Luft dehnt sich um den Faktor aus 373 293 , bis zu einem Volumen von 0,637 Liter. Also nur in den knapp drei Minuten Aufheizzeit 0,137 Liter Luft werden durch die Pfeife herausgedrückt.

Jetzt sind wir am Siedepunkt. Es braucht 2 , 280 Joule zu verdampfen 1 Gramm Wasser. Der Kilowattheizer wird also verdampfen 0,439 Gramm Wasser pro Sekunde !

Diese 0,439 Gramm Wasserdampf wird sich besetzen 0,750 Liter bei 100 ∘ Celsius. So viel Gas wird also jede Sekunde aus dem Ausguss gedrückt ...

0,137 Liter Luft in drei Minuten, vs 0,750 Liter Dampf pro Sekunde.. Das erklärt den Unterschied...

Die Durchflussmenge ist nicht das grundlegende Problem, sondern die Strömungsgeschwindigkeit . Natürlich hängen diese beiden Dinge für eine bestimmte Kombination aus einer Pfeife und einer Wärmequelle zusammen. Pfeifen erzeugen einen Ton, weil es eine Rückkopplungsschleife zwischen den Druckänderungen im Gerät gibt, die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, und der Strömungsgeschwindigkeit durch das Gerät. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit zu niedrig ist, ist die Rückkopplung nicht in der richtigen Phase, um eine Resonanz zu erzeugen, die groß genug ist, um Schall zu erzeugen. Wenn die Geschwindigkeit „zu hoch“ ist, kann die Tonhöhe der Pfeife auf eine höhere Frequenz springen.

Bevor das Wasser kocht, ist die Geschwindigkeit, mit der das Wasser zu Wasserdampf wird, langsam im Vergleich zu nachdem es kocht. Der Druck im Inneren des Wasserkochers steigt erst nach dem Kochen des Wassers wesentlich an. Erst nachdem das Wasser kocht, ist im Wasserkocher genügend Druck vorhanden, um einen Luftstrom durch die Pfeife zu schicken.

Wie kommt es, dass ein Pfeifkessel erst dann zu pfeifen beginnt, wenn Wasser kocht, und nicht lange vorher - weil heiße Luft unter Druck entweicht?
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