Waardoor koelt een spuitbus af?

[Bartjes]

Ik begrijp microscopisch gezien niet goed waardoor een spuitbus bij het spuiten afkoelt. Het gebruikelijke antwoord luidt:

http://www.ikhebeenvraag.be/vraag/7398

Maar wat maakt het de gasdeeltjes in een spuitbus nu uit dat de ontsnappende gasdeeltjes tegen de omringende lucht op moeten boxen?

Verder zou volgens bovenstaande verklaring een spuitbus in een vacuüm omgeving bij het spuiten niet moeten afkoelen. Klopt dat?

[Fred F.]

Verder zou volgens bovenstaande verklaring een spuitbus in een vacuüm omgeving bij het spuiten niet moeten afkoelen. Klopt dat?

Nee. druk buiten spuitbus doet niet ter zake,

Het drijfgas in de spuitbus koelt niet af omdat het de omgevingslucht verdringt, maar omdat het een deel van zichzelf uit de spuitbus drukt. Stel dat 1 % van het drijfgas uit de spuitbus stroomt, dan gebeurt dat omdat de resterende 99 % arbeid verricht om die 1 % te verdringen bij de op dat moment in de spuitbus aanwezige druk.

Als het gas, plus te verstuiven vloeistof, eenmaal buiten de spuitbus is kan het gas nog wat afkoelen door de toename in kinetische energie en door eventuele verdamping van een deel van de vloeistof.

[Bartjes]

Nee. druk buiten spuitbus doet niet ter zake,

Het drijfgas in de spuitbus koelt niet af omdat het de omgevingslucht verdringt, maar omdat het een deel van zichzelf uit de spuitbus drukt. Stel dat 1 % van het drijfgas uit de spuitbus stroomt, dan gebeurt dat omdat de resterende 99 % arbeid verricht om die 1 % te verdringen bij de op dat moment in de spuitbus aanwezige druk.

Aha - mijn bezwaar tegen de standaard verklaring (uit de gegeven link) was dus correct. Je boven gegeven macroscopische verklaring klinkt mij heel logisch in de oren. Niet het uitzetten buiten de spuitbus is relevant, maar het uitzetten van een deel van het gas in de spuitbus.

Microscopisch begrijp ik het echter nog niet helemaal. Stel dat er een schot zou zitten tussen het gas dat in de spuitbus blijft, en het gas dat eruit gedreven wordt. Dan zou het gas dat in de spuitbus blijft inderdaad arbeid op het schot verrichten bij het uitdrijven van het overige gas. De gasdeeltjes die het schot omhoog duwen verliezen daarbij energie aan het schot, en het schot geeft die energie weer af bij het uitdrijven van de gasdeeltjes daarboven. Maar hoe kan zoiets gebeuren bij afwezigheid van een schot? Wanneer de gasdeeltjes dus kriskras door elkaar vliegen, en wellicht niet eens met elkaar botsen? Of botsen ze wel?

[Fred F.]

Natuurlijk botsen de gasmoleculen voortdurend tegen elkaar.

[Bartjes]

Natuurlijk botsen de gasmoleculen voortdurend tegen elkaar.

Mooi - dat verklaart hoe ook microscopisch energieoverdracht mogelijk is. Wat ik nog niet vat is waarom het ontsnappen van een deel van de gasdeeltjes ten koste van de gemiddelde kinetische energie van de achterblijvende deeltjes gaat. Macroscopisch (m.b.v. een verschuivend tussenschot) begrijp ik het wel, maar microscopisch via botsingen tussen deeltjes onderling begrijp ik het niet.

[Jan van de Velde]

Aha - mijn bezwaar tegen de standaard verklaring (uit de gegeven link) was dus correct.

Ik lees niets in die link dat jouw bezwaar rechtvaardigt, volgens mij interpreteer jij "arbeid uitoefenen op" een beetje te direct, je vergeet de schakels ertussen. Als ik op mijn fietstrappers duw oefenik wel degelijk arbeid uit op mijn achterwiel, maar dat is omdat die trapas arbeid uitoefent op het tandwiel, dat op schakel 1, die op schakel 2, die op schakel 3 etc totdat er uiteindelijk een stukje rubber tegen een stukje asfalt duwt.

[Jan van de Velde]

Mooi - dat verklaart hoe ook microscopisch energieoverdracht mogelijk is. Wat ik nog niet vat is waarom het ontsnappen van een deel van de gasdeeltjes ten koste van de gemiddelde kinetische energie van de achterblijvende deeltjes gaat. Macroscopisch (m.b.v. een verschuivend tussenschot) begrijp ik het wel, maar microscopisch via botsingen tussen deeltjes onderling begrijp ik het niet.

In die bus in statische toestand is de netto snelheid van alle gasdeeltjes (vectorieel) bij elkaar opgeteld 0

Bovenin die bus krijgen er gasdeeltjes echter een netto snelheid richting de uitgang, bewegen dus van de rest weg.

Gooi een basketbal richting een basketbal die op je afkomt. Jouw basketbal komt even hard terug.

Gooi jouw basketbal tegen een stilstaande basketbal: jouw basketbal komt minder hard terug.

Gooi jouw basketbal tegen een basketbal die al van je af beweegt: jouw basketbal komt nóg minder hard terug

Een deeltje van dieper uit de bus dat tegen zo'n ontsnappend (er van weg bewegend) gasdeeltje opbotst komt met geringere snelheid terug de bus in. Al met al, van al die miljarden botsingen per seconde die plaatsvinden neemt de gemiddelde snelheid van deeltjes in de bus dus af. Geringere snelheid van deeltjes wordt waargenomen als een lagere temperatuur.

[Bartjes]

@ Jan van de Velde

Het begint me te dagen. Om het niet te laat te maken kom ik er morgen op terug.

[Benm]

Het ligt eigenlijk veel simpeler: het 'drijfgas' in een bus deodorant is helemaal geen gas, maar een vloeistof bij de druk binnen de spuitbus. Om die vloeistof te verdampen is energie nodig, en daardoor koelt de spuitbus af. Het drijfgas dat tegenwoordig veel gebruikt wordt is min of meer gelijk aan butagas (butaan/propaan mengsel), en tanks daarvan koelen net zo goed af als je er gas uit haalt om op te koken oid. Voorheen werden veiligere CFK's gebruikt, maar na de ozonpaniek heeft men die vervangen voor dit brandbare mengsel.

Overigens zou het wel degelijk afkoelen als drijfgas aanwezig was als een gas onder druk als gevolg van expansie, maar dat effect is veel kleiner.

[Fred F.]

Het hangt van het soort spuitbus af wat het drijfgas is. Als er vloeibare LPG (of zoiets) in de spuitbus aanwezig is zal er inderdaad ook afkoeling optreden door onttrekking van verdampingswarmte. Maar bij een spuitbus die perslucht als drijfgas voor een waterig goedje gebruikt treedt dat niet op.

Maar daar ging het hier niet over. De vraag was: koelt het drijfgas af doordat het arbeid moet verrichten door verdringing van de buitenlucht, zoals "professor" Walter Lauriks, "hoogleraar" wetenschappen, beweerde. En het antwoord daarop is: nee. Overigens heb ik die onzin ook wel eens in een docu's op Discovery of National Geographic gehoord, dus Walter is niet de enige die het niet begrepen heeft.

[Benm]

Dan is het inderdaad een vreemd soort misvatting.

Je kan die theorie toetsen door de spuitbus te gebruiken in een vacuum. Als de buitenlucht er iets mee te maken hebben zou dan de afkoeling niet moeten plaatsvinden, maar dat is bij een test wel degelijk het geval. Waar het concept vandaan komt is me overigens een raadsel.

[Michel Uphoff]

Het gas moet wel degelijk arbeid verrichten, maar niet voor het wegpersen van de omringende lucht, dat is onzin.

Je kan er ook als volgt tegenaan kijken: Het totale impulsmoment van de spuitbus is aanvankelijk nul. En zolang er geen externe kracht wordt uitgeoefend blijft dit volgens de behoudswet van impuls nul.

Op het moment dat er gas uit spuit (er wordt gas met een massa versneld, dus een impuls veroorzaakt) moet de spuitbus een tegengestelde impuls ondervinden anders zou de behoudswet geschonden worden. De energie voor het opwekken van de tegengestelde impulsen is louter intern en kan alleen geleverd worden door het gas in de bus, dat dus afkoelt.

Het is hetzelfde actie = -reactie principe als bij een raket, en dus heeft al dan geen vacuüm rond de bus geen invloed.

[Bartjes]

In die bus in statische toestand is de netto snelheid van alle gasdeeltjes (vectorieel) bij elkaar opgeteld 0

Bovenin die bus krijgen er gasdeeltjes echter een netto snelheid richting de uitgang, bewegen dus van de rest weg.

Gooi een basketbal richting een basketbal die op je afkomt. Jouw basketbal komt even hard terug.

Gooi jouw basketbal tegen een stilstaande basketbal: jouw basketbal komt minder hard terug.

Gooi jouw basketbal tegen een basketbal die al van je af beweegt: jouw basketbal komt nóg minder hard terug

Een deeltje van dieper uit de bus dat tegen zo'n ontsnappend (er van weg bewegend) gasdeeltje opbotst komt met geringere snelheid terug de bus in. Al met al, van al die miljarden botsingen per seconde die plaatsvinden neemt de gemiddelde snelheid van deeltjes in de bus dus af. Geringere snelheid van deeltjes wordt waargenomen als een lagere temperatuur.

Ik ben het er bijna helemaal mee eens. Wat er boven in de spuitbus gebeurt is dat een deel van de omhoog bewegende gasdeeltjes ontsnapt, en dus niet langer na botsing met de bovenwand naar beneden beweegt. Daardoor ontstaat er een overmaat aan omhoog bewegende gasdeeltjes boven in de spuitbus. Verder krijg je inderdaad het hierboven door Jan beschreven verhaal.

Ik begrijp het nu - iedereen bedankt.

[jkien]

Een mooie demonstratie is cloud in a bottle in een plastic fles: expansie koelt de lucht waardoor de wolk ontstaat, en compressie verwarmt de lucht waardoor de wolk weer oplost. Het gas verricht arbeid (adiabatisch), de kinetische energie verandert. Er is geen ontsnappend gas.

[Bartjes]

@ jkien Mooie demonstratie!