クーラーボックス内部の気温を液体窒素で下げる場合②
計算過程を書くべきとの指摘があたので、再投稿します。
90*45*45cmのクーラーボックス(約180L)内部の気温を27℃(300K)から-20(253K)まで下げるのに、どのくらいの液体窒素が必要でしょうか?クーラーボックスは気圧の上昇に耐えられ、ボックスを挟んだ熱の移動は無視するもとします。
自分の計算だと30ml程度となり、大さじ2強で-20℃まで冷却は直感に反している気がしましたので質問させていただきました。
基本条件(参考:http://tokoku-archives.org/subaru/moircs/dewar/ln2.html)
気温:27℃ (300K)
空気の分子量:29
空気の比熱:1j/gK
窒素の分子量:28
気体窒素の比熱:1j/gK
窒素の液体から気体への潜熱:200j/g
液体窒素の温度:-196℃ (77K)
液体窒素の密度:0.8g/ml
300Kの気体1モルの体積:25L
180Lの空気の重さは、
180L÷25L/mol×29g/mol = 209g
冷却する温度は、
300K-253K = 47K
空気から奪う熱量は、
1j/gK × 47K × 209g = 9823j
Xgの液体窒素の潜熱が空気から奪う熱量は、
200j/g × Xg = 200Xj
Xgの液体窒素の熱平衡で空気から奪う熱量は、
1j/gK × (253K-77K) × Xg = 176Xj
上記より、
200Xj + 176Xj = 9823j
376Xj = 9823j
X=26.125
26gの液体窒素の体積は、
26g ÷ 0.8g/ml = 32.5ml