Superledning - fremtidens teknologi

Opgave 3

Flydende nitrogen

Grafen ovenover viser, hvordan trykket fra mættede nitrogendampe afhænger af temperaturen. Det vil sige, at grafen viser hvor stort trykket vil være i en lukket beholder med flydende nitrogen.

  1. Flydende nitrogen ved et tryk på 1 atm fordamper ved temperaturen -196 °C. Hvordan passer det med den viste graf?

Ifølge sikkerhedsforskrifterne skal flydende nitrogen altid opbevares i en åben beholder, som beskrevet i opgaven 2. Opbevaring af flydende nitrogen. Hvis beholderen lukkes tæt, vil trykket stige og beholderen eksploderer - medmindre beholderen er konstrueret til at modstå meget høje tryk.

En person, der desværre ikke kender sikkerhedsforskrifterne, køber 2 L nitrogen og hælder det på en plastikflaske og lukker skruelåget tæt til. Plastikflasken kan holde til et overtryk på 5 atm.

  1. Brug grafen til at vurdere, ved hvilken temperatur plastikflasken eksploderer.

Du kan regne med at varmekapaciteten for flydende nitrogen er 2,04 kJ/kg/K og at densiteten er 0,804 kg/L. Da flasken er helt fyldt med nitrogen, kan der ses bort fra energien til fordampning af nitrogen i flasken.

Beholderen anslås at modtage energi med en effekt på 20 W. Ved købet er nitrogenets temperatur 77 K.

  1. Brug de givne oplysninger til at vurdere hvor lang tid der vil gå, inden beholderen eksploderer.

Ved så lave temperaturer, som man ser her, vil plastik være meget hårdt, og brudstykkerne vil være lige så skarpe som glas. Det er derfor særdeles farligt at lukke flydende nitrogen inde i en tæt beholder.