12 svar
2264 visningar
SeriousCephalopod är nöjd med hjälpen
SeriousCephalopod 2692
Postad: 1 dec 2018 21:43 Redigerad: 1 dec 2018 21:58

Varför kyls sötvatten snabbare än saltvatten?

Det finns en fråga på slutet man kan fundera på om man vill men i övrigt är detta bara en kommentarpost på en annan tråd eftersom jag inte tyckte att resultatet var intressant nog att lägga någon annanstans ändå. Frågan i titeln är bara ett  Cunninghams lag-bete. 

Så i en tråd https://www.pluggakuten.se/trad/varfor-varms-kranvatten-snabbare-an-saltvatten/ hade en elev undersökt huruvida saltvatten eller sötvatten "värms snabbare". Beskrivningen av experimentet är fortfarande för skisserad för att man ska kunna veta vad det överhuvudtaget handlade men jag uttryckte som sagt skepsis för att någon effekt överhuvudtaget borde ha framträtt i experimentet så idag riggade jag en mätuppställning för att undersöka en relaterad fråga som kunde sitta på en hylla och tugga medan jag gjorde annat.

Frågan: Kyls lika volymer av saltvatten och sötvatten av olika snabbt? (Uppvärmning hade krävt en massa uppmärksamhet)

Metod: Lika volymer varmt kranvatten respektive varmt 10-procentigt saltvatten läggs i två dugligt slutna glasburkar och temperaturen hos vattnet mäts med en DS18B20-temperatursensor via en Arduino. Temperaturskurvorna jämförs sedan. (Egentligen samma burk vid två tillfällen)

 

Setup:

Så vad får vi för temperaturkurvor om vi fyller burken med ungefär samma volymer varmt sötvatten och saltvatten (10% massa) och följer hur temperaturen minskar över tid?

Kan ni se skillnaden? Ehm. Nej för det finns typ ingen. Känns nästan snopet att ha gjort två mätningar överhuvudtaget. 

Om vi logaritmerar avvikelsen från rumstemperatur och anpassar en exponentiell modell (Newtons kylningsmodell) så blir nästan likheten ännu mer komisk

(Grafen visar alltså mätvärdena och texten längst upp till högr anpassningen. 

Exponentiell anpassning med linjär regression är dock inte en perfekt modellering av avkylningsprocessen då mätvärdenas avvikelse från modellvärdet är systematiskt snarare än slumpmässdigt -- dock endast med ett maximum på 3 C och ett en medelavvikelse på under 1 C. 

Fråga:

Kan vi från denna typ av data säga något om eventuella skillnader i värmekapaciteter för salt och sötvatten? (total, volumetrisk, specifik eller molär? Eller finns okontrollerade faktorer som måste etableras separat innan slutsatser om sådana kapaciteter kan göras? Hur i så fall. 

Data:

Otrunkerad Temperaturdata Sötvatten (millisekunder, temperatur)

Otrunkerad Temperaturdata Saltvatten (millisekunder, temperatur)

Teraeagle 20215 – Moderator
Postad: 1 dec 2018 22:12 Redigerad: 1 dec 2018 22:35

Intressant! Baserat på det där experimentet borde saltvattnet ha en lägre specifik värmekapacitet.

Q=mcpdTdt\displaystyle Q=mc_p\frac {dT}{dt}

Lös ut värmekapaciteten:

cp=QmdTdt\displaystyle c_p=\frac {Q}{m\frac {dT}{dt}}

Vi kan nog vara ense om att de två lösningarna avger samma effekt och från grafen ser vi att temperaturen minskar lika snabbt i de två fallen. Kalla sötvattnets specifika värmekapacitet för cp1c_{p1} och dess massa för m1m_1. Motsvarande för saltvattnet är cp2c_{p2} samt m2m_2.

cp2cp1=Qm2dTdtQm1dTdt=m1m2\displaystyle \frac {c_{p2}}{c_{p1}} =\frac {\frac {Q}{m_2\frac {dT}{dt}}}{\frac {Q}{m_1\frac {dT}{dt}}}=\frac {m_1}{m_2}

Från värdena i grafen ser man att:

cp2cp1=427g453g=0,9426...\displaystyle \frac{c_{p2}}{c_{p1}} = \frac {427 g}{453 g}=0,9426...

Alltså borde saltvattnets specifika värmekapacitet vara runt 94 % av sötvattnets specifika värmekapacitet mätt som energi/(massa*temperatur). Det stämmer också med min tes i en av dina länkar. Vi lär ha fler partiklar i saltvattnet, så skillnaden borde bli större om vi kollar på energi/(substansmängd*temperatur).

Edit: Kontrollerade det sistnämnda och där blev värdet istället 99 %, men det är fortfarande så att saltvattnet har en lägre specifik värmekapacitet.

ConnyN 2578
Postad: 2 dec 2018 06:27 Redigerad: 2 dec 2018 07:02

 Du hänvisar till en graf? Säkert lätt för er som jobbar mycket med data, men går det att få en länk där bägge är placerade på varandra?

Nu kanske det inte är så intressant om de följer varandra så väl som du beskriver, men roligt att få se ändå.

Edit: Det här var konstigt. På min läsplatta finns grafer och bilder med. Här på datorn finns bara text, men det kanske är cashe-minnet som ska tömmas igen? Det är dock inget jag orkar hålla på med nu och då. Går det inte att göra något enklare åt oss användare?

Laguna 28443
Postad: 2 dec 2018 09:37

Började saltet fällas ut vid nån temperatur? Kan vattnet hålla 10% salthalt vid 30 grader?

Teraeagle 20215 – Moderator
Postad: 2 dec 2018 10:07
Laguna skrev:

Började saltet fällas ut vid nån temperatur? Kan vattnet hålla 10% salthalt vid 30 grader?

Lösligheten är 359 g/L vid rumstemperatur. Det lär vara mer än 10 vikt% salt.

Smaragdalena 78153 – Lärare
Postad: 2 dec 2018 10:24

Döda Havet har en salthalt på cirka 34 % och en årsmedeltemperatur på 26 grader, så 10 % vid 30 grader är mycket rimligt.

SeriousCephalopod 2692
Postad: 2 dec 2018 16:18 Redigerad: 2 dec 2018 16:19

 

ConnyN skrev: [...]

Edit: Det här var konstigt. På min läsplatta finns grafer och bilder med. Här på datorn finns bara text, men det kanske är cashe-minnet som ska tömmas igen? Det är dock inget jag orkar hålla på med nu och då. Går det inte att göra något enklare åt oss användare?

Denna gång så hostade jag bilderna på imgur och länkade dem externt så det kan ju vara något i hur någon av de två sidorna hanterat att vidarebefodra/skicka bilden det som blivit annorlunda beroende på klienten. Eller så var de bara cachen. 

Laguna skrev: Började saltet fällas ut vid nån temperatur? Kan vattnet hålla 10% salthalt vid 30 grader?

Inte visuellt uppenbar kristalin utfällnig i alla fall.

Teraeagle skrev: Alltså borde saltvattnets specifika värmekapacitet vara runt 94 % av sötvattnets specifika värmekapacitet mätt som energi/(massa*temperatur)

Jag hade dragit en liknande slutsats även om jag efter lite reflektion är något reserverad inför att gå så mycket längre än den kvalitativa slutsatsen att specifika värmekapaciteten är mindre för saltvatten. Tabellvärdet verkar vara något närmare 90% 

En komplicerande faktor är ju att eftersom det inte sker någon rörning av vätskan så temperaturen kan förmodas variera inom vätskan och då blir  det en felkälla huruvida salthalten påverkar interna värmeflödet på något signifikant vis.

Att temperaturen varierar internt i vätskan var för övrigt något jag kunde urskilja av misstag då jag vid justeringen av setupen innan jag lämnade den att sitta  stötte till termometern lite så att den sjönk djupare ner i vätskan varpå temperaturen i termometern gjorde ett litet hopp.

ConnyN 2578
Postad: 2 dec 2018 17:41

Tack för undersökningen och förklaringarna till. Intressant när jag nu hade lite tid över att titta på kurvor och kommentarer.

Bilderna fattar jag inte varför de inte fungerar på datorn. Jag har rensat cache och startat om samt tryckt på "toksnurran" ett antal gånger, men det går inte.

SeriousCephalopod 2692
Postad: 2 dec 2018 17:48 Redigerad: 2 dec 2018 17:49

Om hypotesen att de har med hruvida en bild är hostad lokalt på plugakuten eller externt låt oss testa det lite snabbt.

Följande bild är uppladdad på den här sidan. 

(Vilket jag också tror konverterar den till en .jpg istället för en .png-fil så väl också en faktor)

Men pöängen är; Syns denna bild?

ConnyN 2578
Postad: 2 dec 2018 18:29 Redigerad: 2 dec 2018 18:35

Ja den gick bra!

Jag kollade på läsplattan och det verkar vara en .png-fil (en av de jag inte ser på datorn) när jag laddade ner den på plattan.

Så det kan vara något jag saknar på datorn kanske? För att läsa .png-filer?

SeriousCephalopod 2692
Postad: 2 dec 2018 18:49

 Kan du se första bilden med glasburken? Det är en jpg-fil som är hostad på imgur. 

ConnyN 2578
Postad: 2 dec 2018 18:58 Redigerad: 2 dec 2018 19:11

Nej bara på läsplattan och där laddades den ned som .jpg

Jag sökte på imgur. Där finns kanske något jag kan installera?

Mobilen tar också in bilderna. Det är en Iphone och läsplattan är android om jag fattat rätt.

ConnyN 2578
Postad: 2 dec 2018 19:43

Oj nu finns de där!

Svara Avbryt
Close