Sjunkande luft?

AnotherGuy · Post by **AnotherGuy** » 2005-09-01 18:17:59

Jag har klurat på en teori vi kom fram till under en fysiklektion.

Antag att vatten har en densitet på 1.1 kg/liter (salt och lite annat skräp inkluderat). Vatten är en vätska och dess kompression under tryck är därför väldigt liten om inte obefintlig.

Luft, en gas med en desitet på 1.3 Kg/m³. Dvs, 1.3 / 1000 = 0.0013 kg/Liter.

Nu över till den spännande delen:

Vattentrycket vid ytan antar vi är 1 bar. På 10 meters djup har det fördubblats till 2 bar. Det måste medföra ett dubbelt så högt tryck på luften, vilken då minskar sin volym till hälften av den tidigare - men behåller sin vikt.

Vi utgår från att vi precis över vattenytan har 1000 liter luft.
Det borde göra att vi har 500 liter kvar på 10 meters djup, men fortfarande samma vikt. Alltså måste densiteten ha ökat med det dubbla.

Alltså till: 0.0013 * 2 = 0.0026 kg/Liter.

Nästa gång trycket fördubblas borde bli på 30 meter, då trycket ökar med ytterligare 2 bar (0.1 bar per meter) då det ökar från 2 till 4.

Borde det innebära att luften på ett extremt djup får högre densitet än vatten och därmed sjunker? Eller förändras aggregationsformen till flytande innan det händer?

aiwass · Post by **aiwass** » 2005-09-01 19:56:05

Tja, jag skulle väl dels misstänka attluften blir flytande vid långt mindre tryck än dess densitet når över ~1,1 vid någon temperatur som ens är i närheten av normal.

En annan sak som kan spela in är det faktum att luften kan lösas in i vattnet i viss mån, dessto högre tryck dessto mer kommer lösas in, och dessto mindre kommer finna kvar att ta upp volymen.

Antagandet att vätskans volym är konstant är ju inte helt smärtfritt att göra vid tillräckligt stora tryck heller, vilket nog kan vara avd vi är inne på här.

AnotherGuy · Post by **AnotherGuy** » 2005-09-02 0:28:12

Tjao, då finns det en del faktorer som spelar mot iaf... Men tanken var iaf kul

Stiiig · Post by **Stiiig** » 2005-09-02 0:47:51

om det skulle va till nån hjälp så kan jag säga att en liter vaten vid 4 grader celcius väger 1 kg exakt. =D färstår inte riktigt hur du menar annars. E inte så smakrt för tillfället!

AnotherGuy · Post by **AnotherGuy** » 2005-09-02 7:51:36

Jo, i dess renaste form H2O (som vattnet i princip aldrig uppträder i runt om i naturen. Vattnet i havet innehåller en massa andra små partiklar, och framför allt salt, vilket gör att man tydligen dragit på ett extra hekto

IcePic · Post by **IcePic** » 2005-09-02 8:28:36

AnotherGuy wrote:Tjao, då finns det en del faktorer som spelar mot iaf... Men tanken var iaf kul

Sen är ju frågan vad som händer med temperaturen.
Jag vill minnas att pV = NRT, dvs att volym, temperatur, tryck osv spelade in,
så det kommer i sin tur påverka hur det övergår till andra aggregationsformer
om man utsätter det för högt tryck.

Å andra sidan, de dykare som har med sig mycket luft i tuberna, deras tuber
brukar ju väga en del, så det är inte oändligt osannolikt att deras tuber väger
som de gör pga komprimerad luft.

phastas · Post by **phastas** » 2005-09-02 9:57:59

Vatten har väl sin högsta densitet vid 4 grader celsius, vad skulle hända om man lyckas komprimera vattnet ytterligare eftersom både en temperatur höjning eller sänkning kommer resultera i lägre densitet?

Klart en tub med komprimerad luft väger mer, då den innehåller mycket mer luft...men det mesta som väger ändå är nog tuben i sig, komprimerad luft är inga leksaker. Förr så andvände dom dynamit här på jobbet för att skapa seismiska ljudvågor...men nu kör vi med tryckluft (135-200 bar), det är mer energi lagrat där...

AnotherGuy · Post by **AnotherGuy** » 2005-09-02 13:22:06

IcePic wrote: Å andra sidan, de dykare som har med sig mycket luft i tuberna, deras tuber
brukar ju väga en del, så det är inte oändligt osannolikt att deras tuber väger
som de gör pga komprimerad luft.

Jo, jag dyker själv, lite därifrån jag fick en del av tanken kring det hela

Kan ju svara med att man utan problem iaf känner om en flaska är full eller tom genom att lyfta den

Det är ju ett antal tusen liter luft komprimerat i en volym på 8-12 liter.

aiwass · Post by **aiwass** » 2005-09-02 13:40:22

Allmänna gaslagen (pV = nRT) säger oss nog inte allt för mycket här. Antas att vi har nog med vatten (djuphavsgrav...) för att effektit kyla ner luften och på så vis hålla temperaturen kosntant så ger det bara antagandet i trådstarten att dubbla trycket ger halva volymen o.s.v.

Gaslagen säger däremot ingenting om när gaser övergår till flytande eller fast fas, den lär även klappa ihop fullständigt vid tillräckligt extrema tryck/temperaturkombinationer (den tydliga gränsen mellan gas och flytande tenderar nämligen att försvinna vid högre temperaturer). För att beräkna när en fasomvandling vill ske så krävs termodynamiska beräkningar av lite svårare sort än gaslagen är jag rädd (d.v.s. jag har haft liknande på en tenta, men det var inte det talet jag klarade kursen på...)

Vattnets exakta densitet påverkar nog inte ursprungsfrågan så värst mycket det heller. Det viktiga är att vätskans densitet är ca 800ggr högre än gasens, inte om den är 769 eller 846 gånger högre (att avrunda till tusen jämnt lär funka i stort).

Sen om vi bara tar vatten vid 4C och komprimerar, ja, inte ycket lär hända. För det första så måste man ta till rent sjukliga tryck för att vätskors volym ska ändras märkbart. Den lilla kompression vi utför komemr dock innebära att vi utfört ett arbete på vätskan (trycket ger oss en kraft, kompressionen en längd, kraft gånger läng = arbete), vi ahr fört in energi i den. Detta kommer i sig att höja temperaturen i vätskan en smula (energin måste lagras på något vis). Kompressionen i sig lär dessutom höja temperaturen lite den med (så pass lika ska gaser och vätskor vara).

Vi har nu en lätt temperaturöknign i vätskan till följd av kompressionen vi utfört. Denna lär dock inte vara allt för märkbar, även om den kommer höja trycket en smula (då vattnet ju vill expandera när det värms upp). Tillåter vi inte detta (vi trycker på emot) så kommer vätskan helt sonika att antingen hålla en temperatur strax över 4C, elelr så kommer värmen ledas bort, och varvid vätskan återgår till 4C.

Detta då udner antagandet att vi pysslar med någorlunda mäsnkliga tryck. Ta i ordentligt och vi kan krossa molekylerna i första hand, och därefetr pressa ihop vätet tills elektronerna inte längre kan hålla reda på vilken atom de tillhör och deta hela får metallkarakär i stället. Jupiter består till stor del av metalliskt väte vad jag förstått...

En liten anekdot jag hört på slutet. Valsverk har hydralsystem med ganska ruggiga tryck. Jag hörde att vid ett tillfälle här i Sverige så gick en av slangarna sönder. Sju sekunder senare hade kanske fem kubikmeter hydralolja (brännbar) sprutat ut ur en slang med en innerdiameter på en decimeter eller två. Rakt ner på plåten de valsade. Som väl var en 800C varm. Resten bör gå att föreställa sig.

[EDIT] Jag är tämligen säker på att luften i dykartuberna är i flytande form. Så är fallet med flertalet gasbehållare i vart fall (inklusive vanliga tändare, butan kondenserar lite lättare än kväve...)

AnotherGuy · Post by **AnotherGuy** » 2005-09-02 14:03:17

aiwass wrote:[EDIT] Jag är tämligen säker på att luften i dykartuberna är i flytande form. Så är fallet med flertalet gasbehållare i vart fall (inklusive vanliga tändare, butan kondenserar lite lättare än kväve...)

Nejdå, vid 300-330 bar (maximalt tryck i luftflaskor) är den fortfarande i gasform.

Men det var intressanta reflektioner och fakta du skrev