Warum funktioniert folgendes Gedankenexperiment nicht?

Man nimmt einen abgeschlossenen Quader, trennt diesen in der Mitte von unten bis ca. 1/3 der Höhe mit eine semipermeablen Membran (die nur kleine, aber keine großen Teilchen durchlässt). Darüber, bis etwa 2/3 der Höhe kommt eine undurchlässige Wand. Das oberste Stück wird frei gelassen. Nun füllt man die rechte Kammer bis knapp über die Grenze zwischen semipermeabler Membran und undurchlässiger Wand mit einer Schweren Flüssigkeit, die Aus Großen Teilchen besteht (und nicht durch die semipermeable Membran kommt). Danach füllt man beide Kammern bis knapp unter die Obergrenze der Abtrennung mit einer zweiten Flüssigkeit, die aus kleinen Teilchen besteht, leichter ist als die erste und mit der ersten zwei Phasen bildet.

Durch den osmotischen Druck müssten ständig kleine Teilchen von der linken Kammer in die rechte eindringen und dort, weil sie leichter sind und zwei Phasen bilden wollen sofort aufsteigen. Damit wären links der Membran immer nur kleine Teilchen und rechts nur große und der osmotische Druck würde aufrecht erhalten werden. Irgendwann würde der Flüssigkeitspegel rechts aber so weit steigen, dass die leichte Flüssigkeit über die Abtrennung von rechts nach links zurückfließen würde. Dießes Fließen könnte man durch Generatoren in elektirsche Energie verwandeln, was dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik widersprechen würde.

Wenn jetzt jemand verstanden hat was ich meine, dann erklärt mir bitte wo der Haken ist. Mein Physiklehrer wusste es nicht.

1 Argument dagegen wäre, dass die Flüssigkeiten sich vieleicht einfach gar nicht vermischen, auch gerade nicht durch die semipermeable Membran. Dagegen spricht aber wiederum, dass es auch wenig unterschiedlich polare Flüssigkeiten gibt die eine kleine Vermischungszone haben, die nur ein paar cm groß ist. Dadurch kann die Osmose stattfinden, die kleinen Teilchen über der großen Flüssigkeit aber nicht mehr die Membran erreichen.

Moin!

Was ist denn mit dem hydrostatischen Druck? Der kommt in deiner Betrachtung nirgendwo vor, sollte aber in der Praxis ein limitierender Faktor für den osmotischen Druck sein, oder?

cu
Narses

Weil gar kein osmotischer Druck entsteht? Der entsteht doch durch niedrige und hohe Konzentrationen. Das hast Du hier doch nicht, sondern nur zwei Flüssigkeiten (z.B. Öl und Wasser).

Sehe ich auch so. Wenn die kleinen Teilchen rechts ankommen, wollen sie auf Grund des Dichte Unterschiedes gerne nach oben aufsteigen. Dieser Bewegung wirkt der hydrostatische Druck von oben entgegen. Die Teilchen werden also wohl oder übel zu einem großen Teil in dem Bereich der großen Teilchen bleiben. Dadurch sinkt natürlich der Osmotische Druck ab, wodurch noch weniger Teilchen rechts ankommen. Deine Maschiene würde also wohl recht schnell den Geist aufgeben.

@alzaimer: ich weiss ja nicht, was du so unter Konzentration verstehst, aber für mich ist der Konzentrationsunterschied zwischen nur Wasser und gar keinem Wasser recht groß und offensichtlich.

Du vergisst dabei ein paar Dinge...

Im rechten Behälter erhöht sich der Druck, so dass ab einem gewissen Punkt ein Gleichgewicht zwischen ein- und austretenden Teilchen entsteht.
Sicher hat die göbere Flüssigkeit in dem Experiment eine höhere dichte wodurch durchgetretene Teilchen zuerst größenteils nach oben abwandern.
It die Säule rechts hoch genug werden aber durch den höheren Druck gleich viele Teilchen zurückwandern wie von links eintreten.

OK, jetzt könntest du kontern, dass der Überlauf mit den Generatoren unterhalb dieser Grenze liegt.

Ein PM zeichnet sich dadurch aus, dass es ohne Aufnahme von Energie funktioniert. Da für Osmose die Teilchen in Bewegung sein müssen, du aber durch die Generatoren Bewegungsenergie abnimmst, sollte sich irgendwann die linke Kammer soweit abgekühlt haben, bis keine Osmose mehr möglich ist.
Die Teilchen, die durchtreten werden wohl durchchnittlich die mit derhöchsten Energie sein.

Interessant kann das sein, wenn man es nicht als PM verkauft sondern als eine Möglichkeit um elektr. Strom aus der Lufttemperatur zu gewinnen...

LLCoolDave hat folgendes geschrieben:

@alzaimer: ich weiss ja nicht, was du so unter Konzentration verstehst...

Jedenfalls nicht das, was mich zu meiner Antwort drängte.

Leider kenne ich den Begriff "hydrostatischer Druck" noch nicht.
Aber Öl und Wasser trennen sich doch immer sofort komplett und wenn der Abstand zwischen Membran und "kleiner" Flüssigkeit groß genug ist kommt auch kein vereinzeltes Teilchen mehr runter, oder doch?

Das Wasser ein Gewicht hat, ist dir hoffentlich bewusst. Das viel Wasser mehr wiegt wie wenig Wasser sollte auch klar sein. Der hydrostatische Druck ist der Druck, den eine Flüssigkeitssäule (z.B. Wasser, gilt aber für alles andere auch) auf etwas auswirkt, das darunter liegt. Wenn in dem Beispiel nun Teilchen nach rechts kommen, wird die Wassersäule über dem unteren Bereich größer (ist ja auch klar, sonst würde das Prinzip der Maschiene schon nicht funktionieren), und somit erhöht sich auch der hydrostatische Druck.

@Robert_G: Ein Perpetuum mobile 2.Art Senkt die Entropie in einem System; wenn der Apparat also Wärme in elektrische Energie umweandeln könnte, wäre das ein PM2.

@LLCoolDave: Achso. Also einfach Wasserdruck. Aber wieso hindert der die Teilchen daran aufzusteigen? Je höher der Druck desto eher steigen sie doch auf. Das Problem liegt doch wohl eher im eintreten in die rechte Kammer. Und das wird doch wohl ab und zu weigstens ein verirrtes Teilchen tun.

Pascal hat folgendes geschrieben:

Aber Öl und Wasser trennen sich doch immer sofort komplett

Definiere "sofort". Meine Milch bleibt 'ne ganze Weile so. Und ich will lieber nicht wissen, wie lange ich die stehen lassen muss, bis sich Fett und Wasser trennt. Vermutlich läuft sie eh von alleine weg, wenn ich sie so lange stehen lasse.

tommie-lie hat folgendes geschrieben:

Meine Milch bleibt 'ne ganze Weile so.

Die hat dafür ja auch Emulgatoren.

Wie, hoher Druck von oben begünstigt das aufsteigen? Leg dir mal nen Stein auf den Kopf und sag mir, ob du an der Decke gelandet bist.

Robert hat das ganze schon gut erläutert. Entweder das ganze bleibt schon stehen, bevor Flüssigkeit überläuft, oder aber es kommt zum Stillstand, weil das ganze einfriert. Sowohl für die Osmose als auch für das Aufsteigen brauchen die Teilchen Bewegungsenergie. Diese geben sie aber im Fall an den Generator ab => sie kühlen ab. In der Realität nehmen sie dann natürlich die Wärme aus der Umgebungsluft wieder auf, somit hätten wir unter den richtigen Umständen evt. eine Maschine kreirt, die aus der Umgebungstemperatur Strom erzeugt. Dabei wäre dann aber auch noch zu beachten, dass wohl ein Teil deiner Flüssigkeit durch Verdunstung entweicht, bis deine Maschine ebenfalls den Geist aufgibt. In wie fern das ganze praktisch umsetzbar und rentabel ist, ist fragwürdig. Du könntest das ganze aber sicher auch einmal experimentel ausprobieren, es handelt sich sicher um einen nicht alzu großen Aufwand.

Edit: Apropos Sofort. Das einzige Physikalische, das mir zu sofort einfällt, sind verschränkte Quantenzustände. Ansonsten geschieht alles in Abhängigkeit von der Zeit, auch das Trennen von Wasser und Öl.

LLCoolDave hat folgendes geschrieben:

Wie, hoher Druck von oben begünstigt das aufsteigen?.

Hab mich glaube ich vertan mit dem Begünstigt, aber halt mal nen Plastikball unter Wasser(auch 100m tief) und schau ob er sinkt. Der Druck dürfte das aufsteigen kaum beeinflussen.

LLCoolDave hat folgendes geschrieben:

Entweder das ganze bleibt schon stehen, bevor Flüssigkeit überläuft, oder aber es kommt zum Stillstand, weil das ganze einfriert.

Wenn das ganze einfriert, ist das ja ein Perpetuum mobile 2.Art. (vgl: PM1 Energie aus nichts; PM2: Energie aus Wärme)
vgl auch: de.wikipedia.org/wik...wellscher_D%C3%A4mon

LLCoolDave hat folgendes geschrieben:

Dabei wäre dann aber auch noch zu beachten, dass wohl ein Teil deiner Flüssigkeit durch Verdunstung entweicht

Aber irgendwann ist die Luft gesättigt, und das geschieht sehr bald.

LLCoolDave hat folgendes geschrieben:

Du könntest das ganze aber sicher auch einmal experimentel ausprobieren, es handelt sich sicher um einen nicht alzu großen Aufwand.

Ich habe noch nicht die geeigneten Flüssigkeiten und die Membran gefunden. Im übrigen glaube ich dass ich das bischen Energie, dass entstehen würde nicht messen kann. Und durch ein misslungenes Experiment ist der Ansatz noch nicht widerlegt.

LLCoolDave hat folgendes geschrieben:

Edit: Apropos Sofort. Das einzige Physikalische, das mir zu sofort einfällt, sind verschränkte Quantenzustände. Ansonsten geschieht alles in Abhängigkeit von der Zeit, auch das Trennen von Wasser und Öl.

Dann dauert es eben eine Sekunde, aber Zeit spielt ja zunächst keine Rolle.

Warum antwortet ihr nicht mehr?
Haltet íhr eure Gegenargumente für widerlegt und euch fallen keine weiteren Argumente ein, oder habe ich eure bisherigen Argumente falsch verstanden?

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Warum so kompliziert?

Nim' doch einfach einen Behälter mit Wasser und stecke etliche Kapilarröhrchen rein - darin steigt das Wasser ja auch nach oben - wenn es oben rausfließt (wie über Deine Kante) kannst Du damit den Generator antreiben - ohne osmotischen Druck usw. nur mit Kapilarität!

Wenn das gehen sollte ist es ein viel einfacheres Kraftwerk als Deine Variante.
Wenn das nicht gehen sollte liegt das wohl an den selben Gründen, warum Deines auch nicht ginge.

Denk mal drüber nach.

MfG
Bunbury

P.S.: Sag' mal, war das:" Haltet íhr eure Gegenargumente für widerlegt...?" auch wörtlich so gemeint? Du meinst, wenn keiner mehr Antwortet wird das am wahrscheinlichsten wohl daran liegen, daß Du Ihre Argumente völlig entkräftet und sie wohl vom Gegenteil überzeugt hast?

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Das Wasser in den Kapilarröhrchen wird von oben genau so angesaugt wie von unten, und wird deshalb nicht rausfließen. In meiner Maschiene wird das Wasser nicht am rausflißen gehindert.

Bunbury hat folgendes geschrieben:

.P.S.: Sag' mal, war das:" Haltet íhr eure Gegenargumente für widerlegt...?" auch wörtlich so gemeint? Du meinst, wenn keiner mehr Antwortet wird das am wahrscheinlichsten wohl daran liegen, daß Du Ihre Argumente völlig entkräftet und sie wohl vom Gegenteil überzeugt hast?

Ja, das war tatsäachlich wörtlich gemeint, allerdings eingebunden in eine oder-Frage. Warum glaubst du denn, dass mir keiner mehr antwortet, wenn die Gegenargumente nicht widerlegt sind und ich ihre Argumente dennoch richtig verstanden habe und somit widerlegen konnte? (Für mich ist das ein Widerspruch in sich)

Ich glaube, du gehst von falschen Voraussetzungen aus...

Bei der Osmose habe ich links bzw. rechts von einer semipermeablen Membran eine Lösungsflüssigkeit, in der die Konzentration eines bestimmten gelösten Teilchens unterschiedlich ist (also rechts hohe Konzentration, links kleine, oder umgekehrt.) Die Membran ist dabei durchlässig für das Lösungsmittel, nicht aber für den gelösten Stoff. Die Osmose ist nun der Vorgang, dass Teilchen des Lösungsmittels von dem Bereich mit der geringen Konzentration in den Bereich mit der hohen Konzentration wandern, um einen Konzentrationsausgleich zu erzeugen. Osmose versucht nicht, zwei verschiedene Flüssigkeiten gut zu durchmischen.

Du gehst davon aus, dass links und rechts zwei verschiedene Flüssigkeiten sind (z.B. Wasser und Öl). Welchen Antrieb sollte nun das (kleinteilige, leichte) Öl haben, durch die Membran ins Wasserbecken zu strömen? Etwas wie osmotischer Druck auf jeden Fall nicht - den gibts hier nicht

Mmh, Gausi, wie stehts mit diffusion? Da die Membran für die kleineren Teilchen quasi nicht existiert, müssten sie sich ja langfristig im gegebenen Raum gleich verteilen. Rechts werden sie dann Tendenziel nach oben gedrückt, auf Grund des Dichte Unterschiedes, und bieten somit wieder neuen Platz für Teilchen, die tendenziel nachströmen. Oder würden die großen Dicken Teilchen dieser Strömung entgegenwirken.

Der Antrieb sollte die Eigenbewegung des Teilchens sein.
Die semipermeable Membran soll durchlässig für die kleinteilige Flüssigkeit und undurchlässig für die großteilige Flüssigkeit sein(Das sollte soweit möglich sein da Kohlenstoffketten durchaus sehr groß werden können).

Ohne semipermeable Membran gibt es eine kleine Vermischungszohne, d.h. die kleinen Teilchen bewegen sich auch in den Bereich der großen Flüssigkeit. Warum sollte also ein kleines Teilchen nicht auch mal durch die semipermeable Membran diffundieren? (Das würde ich Osmose nennen)

Wenn es auf der rechten Seite ist könnte es natürlich wieder zurückfließen, das Argument kann man aber entkräften, indem man postuliert, das Teilchen sei durch das oberste Loch der semipermeablen Membran gekommen. Da es leichter ist als die anderen Teilchen, wird es statistisch eher nach oben weiterfließen, als nach unten, und ist somit bald außer Reichweite der semipermeablen Membran sein. Dann kann das ganze mit dem nächsten Teilchen beginnen usw.