Ideales Gasgesetz
Druck, Volumen und Temperatur stehen in Beziehung zueinander.
Das kombinierte Gasgesetz ist eine Gleichung, die auf der Gleichung des idealen Gasgesetzes basiert. Das kombinierte Gasgesetz besagt:
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Heizöl |
Durchschnittlicher Heizwert (imperiale Einheiten) |
Durchschnittlicher Heizwert (metrische Einheiten) |
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Nr. 1 Kerosin |
134.000 Btu/gal |
37,34 MJ/l |
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Nr. 2 Brennstofföl |
140.000 Btu/gal |
39,02 MJ/l |
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Nr. 4 Schweröl |
144.000 Btu/gal |
40,13 MJ/l |
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Nr. 5 Schweröl |
150.000 Btu/gal |
41,80 MJ/l |
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Nr. 6 Schweröl (2,7% Schwefel) |
152.000 Btu/gal |
42,36 MJ/l |
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Nr. 6 Schweröl (0,3% Schwefel) |
143.800 Btu/gal |
40,07 MJ/l |
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Kohle |
Durchschnittlicher Heizwert (imperiale Einheiten) |
Durchschnittlicher Heizwert (metrische Einheiten) |
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Anthrazit |
13.900 Btu/lb |
32,3 MJ/kg |
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Bituminös |
14.000 Btu/lb |
32,6 MJ/kg |
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Subbituminös |
12.600 Btu/lb |
29,3 MJ/kg |
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Braunkohle |
11.000 Btu/lb |
25,6 MJ/kg |
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Gas |
Durchschnittlicher Heizwert (imperiale Einheiten) |
Durchschnittlicher Heizwert (metrische Einheiten) |
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Erdgas |
1.000 Btu/cu ft |
37,3 MJ/m3 |
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Flüssigbutan |
103.300 Btu/gal |
28,79 MJ/l |
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Flüssigpropan |
91.600 Btu/gal |
25,53 MJ/l |
Tabelle der Heizwerte von Brennstoffen
Wo:
P = Druck
V = Volumen
T = Temperatur
k = Konstante für eine feste Gasmenge.
P, V und T werden als Variablen bezeichnet, da sie je nach realen Faktoren variieren (veränderlich), die dann als Werte in die Gleichung eingegeben werden. Das Verhältnis von PV zu T ist konstant. Das bedeutet, dass bei steigendem P das V abnimmt und bei steigendem V das P abnimmt. Die Beziehung zwischen Druck und Volumen bei konstanter Temperatur ist umgekehrt proportional.
Wenn die Temperatur konstant gehalten wird, geht eine Druckerhöhung mit einer Volumenverringerung einher.
Wenn die Temperatur konstant gehalten wird, geht eine Druckverringerung mit einer Volumenerhöhung einher.
Wenn P auf demselben Wert gehalten wird, sind V und T direkt proportional, d.h. wenn V zunimmt, nimmt auch T zu und umgekehrt. Dasselbe gilt, wenn V konstant gehalten wird, d.h. P und T sind proportional, und eine Erhöhung von P führt zu einer Erhöhung von T und umgekehrt. Die Beziehung zwischen Temperatur und Druck bei konstantem Volumen ist linear, ebenso wie die Beziehung zwischen Temperatur und Volumen bei konstantem Druck.
Einige Beispiele ohne Einheiten können die Gleichung weiter verdeutlichen.
Beispiel 1
Ein Dampfsystem hat einen Druck von 10, ein Volumen von 3 und eine Temperatur von 100.
Das Volumen eines Dampfsystems ist fest, da es sich um ein geschlossenes System handelt. Eine Erhöhung des Systemdrucks auf 15 muss auch die Temperatur proportional erhöhen, da der konstante Wert (k) beibehalten werden muss, damit die Gleichung gültig ist. Es ist möglich, T zu berechnen, indem man den neuen höheren Druckwert von 15 eingibt und dann die Gleichung löst.
P = 15
V = 3
K = 0,3
T = ?
PV / T = k
(15 x 3) / T = 0,3
(15 x 3) / 0,3 = T
(15 x 3) / 0,3 = 150
Ebenso führt eine Druckverringerung zu einer Temperaturverringerung, da das Volumen konstant gehalten wird.
Wenn das Volumen konstant gehalten wird, geht eine Druckerhöhung mit einer proportionalen Temperaturerhöhung einher.
Wenn das Volumen konstant gehalten wird, geht eine Druckverringerung mit einer proportionalen Temperaturverringerung einher.
Das ideale Gasgesetz wird verwendet, um Drücke, Volumina und Temperaturen eines Gases über verschiedene Bereiche hinweg zu berechnen. Sobald diese Werte bekannt sind, ist es möglich, Dinge wie die folgenden zu berechnen:
- Die Energiemenge, die das System enthält, und wie viel an den Nutzungsort übertragen werden kann, z.B. zu einer Dampfturbine.
- Die Größe und Dicke der erforderlichen Systemrohre.
- Die Größe der erforderlichen Kessel.
- Die Gasgeschwindigkeit innerhalb des Systems.
Einige dieser Daten werden dann in einer Gastabelle tabellarisch dargestellt, oder wenn sie für Dampf verwendet werden, in einer Dampftabelle. Dampftabellen sind unerlässlich beim Entwerfen und Betreiben eines Dampfsystems.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ideal-gas-law
https://chem.libretexts.org/Bookshelves