---Sorry Postfehler---

[ Diese Nachricht wurde geändert von: titan am 11 Feb 2004 22:40 ]

Zerlegt es die Nokia-Handy-Akkus deshalb so gefährlich!?


mfg Lötfix

@tixiv:
Bravo, alles richtig !
Der Kandidat erhält 100 Punkte !




@hannoban:
Bei 200A fliegt dir sicher auch eine entladene AA-Zelle um die Ohren.
Wenn Du aber die eine Überladung im vernünftigen Maßstab meinst, dann kann man durch einen kleinen Trick (eine unterdimensionierte Anode), der schon bei den NiCd-Akkus verwendet wurde, die Gasentwicklung unterdrücken.
Die bei der Überladung zugeführte Energie wird dann nur noch in Wärme verwandelt, wodurch die Temperatur ansteigt und, aufgrund des des negativen Temperaturkoeffizienten der EMK, die delta-V Abschaltung möglich wird.
Außerdem soll es Dichtungen geben, die sich verabschieden bevor es "ganz erheblich "KA-WUMM"" macht.

@Lötfix:
Ich weiß nicht, ob es speziell bei Nokia Akkus Probleme gibt.
In der Vergangenheit ist es bei Li-Ion-Akkus immer mal wieder zu feurigen Abgängen gekommen.
Das hat aber nichts mit Wasserstoff zu tun, sondern mit der enormen Energiedichte dieser Akkus, der Möglichkeit, daß sich bei Überladung metallisches Lithium bildet, und der Tatsache, daß dieses Metall sehr leicht schmilzt und an der Luft brennt.
Ich habe übrigens in einem Mini-TV mal einen Kurzschluß einer NiCd-Zelle Größe AA erlebt. Das wurde so heiß, das der Kunststoff des Batteriefachs sich verformte. Die Zelle hats überlebt.







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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !

@perl (u./o. tixiv):

Hallo
Tolle kleine Denksportaufgabe!
Musste ich auch mal probieren!

Kam aber nicht ganz zurecht
Deswegen gehe ich mal langsam vor:

Also die erforderlichen Moleküle glaub ich verstanden zu haben!

Elektronen 6,24*10^18 *2A *3600sec.
und die Hälfte davon müssten die Anzahl der Moleküle ergeben

Nun Gut das hat tixiv auch, dann wird's wohl stimmen :-)

Dann habe ich so 'ne Batterie ausgemessen und das Volumen errechnet:

V= Pi×0,14cm^2 / 4 *0,5cm = 0,007693 Liter
auch wie bei tixiv :-)

aber jetzt wollte ich auch das Gas auch in die Batterie hineinzwängen, doch genau da hatte ich das Problem! :-(

Laut Aufgabe sollte ja nur das MH mit Wasserstoff ersetzt werden!

Ich hatte da aber noch das Nickel Elektrolyt, Gehäuse und so Zeug!?
Was ist damit? Bei der Aufgabenstellung war kein Hinweis.
deswegen hab ich, neugierig wie ich war, mal nachgeschaut (google logisch)
und siehe da in der Batterie sind nur 38% Platz für den Wasserstoff (Ergo nur auch nur 2,924ml).

Und das ergeben bei mir dann glatte 285 bar Druck

Bin aber nicht ganz sicher ob ich da nicht doch auf dem Holzweg bin, schließlich hat (laut perl) tixiv alles richtig!


PS. Weil ich ja immer so naiv bin:
Als ich die Abmessungen der Batterie messen wollte, und ich gerade 'ne Schublehre zur Hand hatte, begann ich gleich mal zu messen!
Zu erst den Durchmesser: 14mm - wunderbar, und jetzt noch die LÄNGE ...
... und jetzt noch den Feuerlöscher

Zitat :

Zu erst den Durchmesser: 14mm - wunderbar, und jetzt noch die LÄNGE ... ... und jetzt noch den Feuerlöscher

Gelegentlich gibts im Baumarkt für 50 Cent oder so Schieblehren aus Kunststoff. Sie sind nicht ganz so genau wie ein verstellbares Augenmaß, aber isolieren perfekt.

Zitat :

Ich hatte da aber noch das Nickel Elektrolyt, Gehäuse und so Zeug!? Was ist damit? Bei der Aufgabenstellung war kein Hinweis.

Ich hatte schon dran gedacht, aber um die Aufgabe möglichst einfach zu gestalten, habe ich das absichtlich unter den Tisch fallen lassen und deshalb nach dem Mindestdruck gefragt.
Klar, das das Ergebnis höher ausfällt, wenn man die Einbauten berücksichtigt.

Zitat :

deswegen hab ich, neugierig wie ich war, mal nachgeschaut (google logisch) und siehe da in der Batterie sind nur 38% Platz für den Wasserstoff (Ergo nur auch nur 2,924ml).

Du zwingst mich also, Deine Berechnungen noch zu überprüfen ?


Mal sehen:
tixiv hatte ja schon ausgerechnet, daß am Minuspol 74,5mg Wasserstoff umgesetzt werden.
Da allgemein bekannt ist, daß bei der Entladung am Pluspol (bei Entladung=Kathode!) Ni-III-hydroxid zu Ni(OH)₂ umgesetzt wird und jeder weiß, daß Sauerstoffatome rund 16-mal und Nickelatome rund 59 mal so schwer wie Wasserstoffatome sind, müssen also mindestens 74,5mg*(59+3*17)=8,2g der Nickelverbindung vorhanden sein.
Leider habe ich keine Daten für die NI-III-Verbindung gefunden, aber man kann annehmen, daß deren Dichte, ähnlich der des Ni-II-hydroxids, bei etwa 4 liegt.
Damit würde sich das zur Verfügung stehende Volumen von 7,7 ml auf etwa 5,7ml verringern.

Außerdem müssen wir uns noch um das Reaktionswasser kümmern. Für jedes H-Atom das an der Anode sein Elektron abgibt, wird an der Kathode ein OH^- -Ion aus der Nickelverbindung freigesetzt, sodaß 77,5mg*(1+17)= 1,4 ml Wasser entstehen. Das könnte man leicht vernachlässigen, da der Wasserbildung eine viel stärkere Abnahme des gasförmigen Wasserstoffs gegenübersteht, aber um hohe Leitfähigkeit zu erzielen, besteht der Elektrolyt nicht aus reinem Wasser, sondern aus etwa 30%iger Kalilauge.
Damit sich deren Konzentration im Verlauf der Entladung nicht zu stark ändert, wird man einen Überschuß verwenden.
Die Menge des überschüssigen Elektrolyten muß ich raten. Ich werfe ich eine Münze und nehme einmal an, daß von vornherein doppelt soviel Elektrolyt wie Reaktionswasser vorhanden ist. Das wären dann 1,4*2=2,8 ml, wodurch sich das für den Wasserstoff zur Verfügung Volumen nun nur noch 2,9 ml beträgt.

Erstaunlicherweise entspricht das fast genau Deiner Zahl. Woher hast Du sie ?



...und wenn jetzt noch jemand Lust hat, dann kann er ja mal den von Hannoban erwähnten "Kawumm" ausrechnen, also die mechanische Energie, die in 2,9ml Gas von 285 bar steckt.
Wie schnell bzw. hoch könnte die Zelle fliegen ?

Zur Lösung sollte man Integralrechnung beherrschen, und der Einfachheit halber isotherme Expansion annehmen. Dadurch wird das Ergebnis gegenüber der beim realen Knall auftretenden adiabatischen Expansion zwar etwas zu hoch, aber die Mathematik wird einfacher.
Wenn ganz hartgesottene Rechner trotzdem das Gesetz von Poisson verwenden wollen:
kappa=C_p/C_v hat für Wasserstoff den Wert 1,41.


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Also Perl, du hast mal wieder deine Intelektuelle überlegenheit absolut bewiesen...
Das ergebniss würde mich dennoch Interessieren...

Befindet sich der Wasserstoff bei diesem Druck nicht in einem Flüssigen zustand?

Wenn ja, dann müsste man die Energie, die für die Verdampfung aufgewendet wird ja auch noch einrechen...

Das würde den Zellenihalt dann erheblich abkühlen...

Würde hierbei nicht ein teil des in der Zelle befindlichen Wassers einfrieren? Würde dadurch der restliche Wasserstoff im Eis gebunden und eine weitere Energieabgabe verhindert werden? Der Effekt tritt doch auch ein, wenn man eine CO2 Flasche einfach komplett öffnet: Öffnung friert zu...

Da kann man dann die Isotherme rechnung komplett vergessen...

MFG Quirin

Zitat :

Befindet sich der Wasserstoff bei diesem Druck nicht in einem Flüssigen zustand?

Nein, oberhalb der kritischen Temperatur, die für Wasserstoff 32 K = -241 °C und für CO₂ 305 K = 32 °C beträgt, läßt sich ein Gas auch durch noch so starken Druck nicht mehr verflüssigen.

Zur kritischen Temperatur gehört übrigens auch ein kritischer Druck, der für viele Gase größenordnungsmäßig lediglich etwa 50 Bar beträgt. (15 für H₂, 73 für CO₂).

Zitat :

....Da kann man dann die Isotherme rechnung komplett vergessen...

Im Gegenteil ! Isotherm bedeutet bei "gleichbleibender Temperatur". Damit trotzdem etwas passiert ist es oft notwendig, daß mit der Umgebung Wärmeenergie ausgetauscht wird.
Wie Du schon erwähnt hast, sind für die isothermen Vorgänge Schmelzen und Sieden sehr große Energiemengen nötig.
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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 18 Feb 2004  1:13 ]

Zitat :

oberhalb der kritischen Temperatur, die für Wasserstoff 32 K = -241 °C und für CO2 305 K = 32 °C beträgt, läßt sich ein Gas auch durch noch so starken Druck nicht mehr verflüssigen.

Was?! Das würde ja bedeuten, dass man den Wasserstoff auf die Größe eines Atoms zusammenpressen kann, ohne dass er flüssig wird. Das kann doch eigentlich nicht sein. Gibts denn Wasserstoff nicht in Flüssiggas Flaschen?

Zitat :

Das würde ja bedeuten, dass man den Wasserstoff auf die Größe eines Atoms zusammenpressen kann, ohne dass er flüssig wird.

Wenn das überhaupt gehen würde, würde dann nicht irgendwo auf dem Weg dahin mal eine Fusion in Gang gesetzt (Da ist er wieder, mein KA-WUMM )?

MfG hannoban

Zitat :

Gibts denn Wasserstoff nicht in Flüssiggas Flaschen?

Nein, der handelsübliche Wasserstoff ist in den Stahlzylindern bei etwa 200 Bar als Gas vorhanden. Das trifft übrigens auch für Sauerstoff und Stickstoff zu, die sich bei gewöhnlichen Temperaturen ebenfalls fast wie ein ideales Gas verhalten.

Das für ideale Gase geltende Boyle-Mariott'sche Gesetz p*V=const beruht auf der Vorstellung, daß die Gasteilchen - als punktförmige Kugeln mit einer bestimmten Masse gedacht- frei umherfliegen und dabei untereinander und mit der Wand elastisch zusammenstoßen.

Wenn ein Gas sehr stark komprimiert wird, gilt diese Vorstellung nicht mehr exakt, man spricht dann von einem realen Gas.
Zuerst beobachtet man, daß die Teilchen anfangen sich gegenseitig anzuziehen, sodaß das Volumen bei Druckerhöhung stärker abnimmt, als es obiger Gleichung entspricht.
Bei weiterer Druckerhöhung verhalten sich die Gasteilchen zunehmend inkompressibel.
Dieser Sachverhalt wird durch die Terme Binnendruck und Kovolumen in der dann anzuwendenden Van-der-Waal'schen Gleichung berücksichtigt.


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Zitat : perl hat am 17 Feb 2004 05:07 geschrieben :

....... ...und wenn jetzt noch jemand Lust hat, dann kann er ja mal den von Hannoban erwähnten "Kawumm" ausrechnen, also die mechanische Energie, die in 2,9ml Gas von 285 bar steckt. Wie schnell bzw. hoch könnte die Zelle fliegen ? Zur Lösung sollte man Integralrechnung beherrschen, und der Einfachheit halber isotherme Expansion annehmen. Dadurch wird das Ergebnis gegenüber der beim realen Knall auftretenden adiabatischen Expansion zwar etwas zu hoch, aber die Mathematik wird einfacher. Wenn ganz hartgesottene Rechner trotzdem das Gesetz von Poisson verwenden wollen: kappa=Cp/Cv hat für Wasserstoff den Wert 1,41.

Scheint als ob das niemand kann oder will.

Dann will ich wenigstens, mit wenig Herleitung, die Ergebnisse bekannt geben.

Wenn man das allgemein bekannte Boyle-Mariottschen Gesetz p*V = const mit dem dem Gay-Lussac'schen Gesetz (Wärmeausdehnung) kombiniert, erhält man die allgemeine Zustandsgleichung für ideale Gase:
p*V = n*R*T
dabei ist n die Molzahl, also wie oft jene schon erwähnten 6,022*10²³ Moleküle beteiligt sind,
T ist die absolute Temperatur in Kelvin und
R, die Gaskonstante, ist eine weitere universelle Konstante,
deren Wert R = 8,31 J*K^-1*mol^-1 man auch ruhig auswendig wissen darf.


Wenn sich das Gas von 285 bar auf den Atmosphärendruck 1 bar entspannt, dann leistet es eine Arbeit.
Man kann sich vorstellen, daß es einen Kolben gegen den Atmosphärendruck bewegt.
Diese Arbeit bezeichnet man als Volumenarbeit (a = p*delta_V für konstanten Druck).

Logischerweise nimmt die aus einer bestimmten Volumenänderung zu gewinnende Arbeit mit fortschreitender Expansion ab, da der Druck, der in Arbeit = Kraft*Weg eine Rolle spielt, ständig abnimmt.
Für den isothermen Fall ist die Berechnung einfach, man erhält durch Integration von da = p*dV von V1 bis V2:
a = n*R*T*ln(V2/V1) bzw. weil v proportional 1/p ist:
a = n*R*T*ln(285) = 513 J (bei 20°C, mit n=74,5*10^-3/2, wie von tixiv berechnet)

Da die innere Energie eines Gases ausschließlich von der Temperatur, nicht aber von Druck und Volumen abhängt, stammt die bei der isothermen Expansion geleistete Arbeit nur aus der der Umgebung entnommenen Wärme.

Für den "Bang" ist diese Annahme aber unrealistisch, da in sehr kurzer Zeit kein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet. Einen solchen Vorgang nennt man adiabatisch.
Die bei der adiabatischen Expansion gewonnene Arbeit stammt ausschließlich aus der inneren Energie des Gases, das sich deshalb abkühlen muß.

Aus der Poissonschen Gleichung p*V ^kappa = const folgt für das Endvolumen bei 1 bar:
V = (285*2,9 ^kappa) ^{1 / kappa} = 160 ml.
Dazu gehört eine Temperaturänderung von T_285bar/T_1bar = (v_1bar/v_285bar) ^kappa-1 = 5,18
oder die Endtemperatur 293/5,18 = 56,6 K entsprechend -216°C !

Da dieser Temperaturunterschied multipliziert mit der Wärmekapazität bei konstantem Volumen die Änderung der inneren Energie darstellt, brauchen wir jetzt nur noch die spezifische Wärme C_V des Wasserstoffs.
Man kann diese entweder in einer Tabelle nachsehen (20,38 J*K^-1*mol^-1),
oder aus der Tatsache herleiten, daß kappa = C_p/C_V
und R = C_p-C_V ist (ergibt 20,3).

Damit berechnet sich die aus der adiabatischen Expansion des Wasserstoffs maximal zu erzielende Arbeit zu:
a = n*C_V*delta_T = 74,5/2*10 ^-3*20,3*236 = 178,5 J.

Das sind nur etwa 35% des für die isotherme Expansion errechneten Wertes, aber es entspricht immerhin 41 mAh bei 1,2V.

In Hannoban's KA-WUMM-Einheiten ausgedrückt, könnte man damit die 24g schwere Zelle auf eine Geschwindigkeit von 122 m/s beschleunigen oder 758 m hoch schleudern.



Soll ich das Thema nun noch bei den Grundlagen belassen, schliessen, oder ins Off-Topic befördern ?


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  5 Mär 2004  5:44 ]

1 Volt ist gleich dem Potenzialunterschied,wenn 1Joule um eine Ladungvon 1 Coulomb von einem Elek.pol zum anderen zu bewegen//so hat der Hr.Volta (Ital.phys.das festgelegt).
230 Volt ist dann log.230 mal so viel.

Das macht dich aber nicht wirklich schlauer,denn deine nächte Frage liegt damit schon in den Wehen (was ist Colomb bzw.Joule ).
Stell dir die 230V einfach auf einer Scala vor,das machst du ja bei der Tem.auf dem Termometer auch.

MFG
Flimmer

tach,
in einem HSK(Hausanschlusskasten)sind normal,wenn net anders gewünscht 63A NH-Sicherungen eingesetzt.3phasen,L1 L2 L3,mit ner spannung von 380V bzw. 400V.jede einzelne Phase führt 230V gegn den MP,N;pE,gemessen.
Aber der Kollege hat recht,lass die finger davon wenn du keine ahnung hast.hab schon mal ne hand daran verbrennen sehen.der funkenschlag hat ne große reichweite.Nimm hilfe von fachmännern an
Mfg,schöen tach noch

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