Big Bang HTL 4, Schulbuch

92 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Zusammenfassung Bei einer isochoren Zustandsänderung eines Gases ist der Quotient von p/T immer konstant. Das nennt man das Ge- setz von Gay-Lussac. 8.2.3 Taucherlungenriss Isotherme Zustandsänderung ( T = konstant) Und nun der dritte Stein: der Zusammenhang zwischen Druck und Volumen bei gleicher Temperatur, also unter isothermen Bedingungen. Die mittlere kinetische Energie Allerlei Drücke Fortsetzung von S. 91 2) Der richtige Druck im Autoreifen hängt vom Modell ab, sollte aber über den Daumen 3 bar betragen. Das Pressluft- gerät zeigt den Überdruck an, also 2 bar. Nimm an, du stellst 3 bar bei warmgefahrenen Reifen ein (50 °C = 323K). Wenn das Auto steht und die Reifenluft auf 20 °C abgekühlt ist (293K), verringert sich die absolute Temperatur um knapp 10%, und der Druck im Reifen hat nur mehr 2,7 bar. Das kostet Sprit und kann auch gefährlich werden! Deshalb: den Druck immer bei kalten Reifen messen ( F9 )! 3) Angenommen eine Spraydose (Abb. 8.11) hat bei Zimmer- temperatur (293K) einen Druck von 3 bar. Ein Auto kann sich in der Sommersonne im Innenraum auf 80 °C (353K) erwär- men. Der Druck in der Dose steigt dann um etwa 20%. Das kann bereits gefährlich sein. Wenn du die Dose aber ins Feuer wirfst und die Temperatur auf sagen wir 400 °C (673 K) steigt, dann steigt der Druck um fast 130% auf rund 7 bar – und peng! Wirf niemals Spraydosen ins Feuer ( F10 )! i Abb. 8.11: Der Inhalt einer Spraydose wird durch ein sogenanntes Treibgas hinausgedrückt. Z Wenn ein Taucher wieder an die Oberfläche will, dann muss er dabei unbedingt ausatmen. Warum? Wodurch kommt es zu den „belegten Ohren“, wenn man fliegt, mit der Seilbahn fährt oder unter Wasser taucht? Warum ist dieses Gefühl bei einer Erkältung besonders stark? F12 F13 der Moleküle verändert sich also nicht. Halbiert sich das Volumen, so verdoppelt sich die Dichte des Gases. Es prallen somit auch doppelt so oft Moleküle gegen die Wand und der Druck verdoppelt sich. Umgekehrt halbiert sich der Druck, wenn man das Volumen verdoppelt (Abb. 8.12) Abb. 8.12: Zusammenhang zwischen p und V bei gleicher Temperatur für drei verschiedene Temperaturen ( T 1 < T 2 < T 3 ): Verdoppelt sich das Volumen (b), halbiert sich der Druck und umgekehrt (c). Bei den Kurven handelt es sich um Hyperbeln. Das kannst du auch an der Druckgleichung sehen: Bei glei- cher Temperatur ist p ~ 1/ V und somit p ·V konstant. Der Druck eines idealen Gases ist indirekt proportional zum Volumen. Das nennt man das Gesetz von Boyle-Mariotte. Wie die beiden anderen Gesetze kann man auch dieses sehr gut bei realen Gasen anwenden, wenn deren Dichte nicht zu groß wird, und man kann damit die beiden Eingangsfragen beantworten. Info: Van der Waal’s Gas Der Wasserdruck wächst linear mit der Tiefe. Direkt an der Oberfläche wirkt nur der Luftdruck (rund 1 bar). Pro 10m Tiefe steigt der Druck um jeweils 1 bar an (siehe Abb. 8.13). Stell dir vor, du bläst einen Ballon über Wasser auf 4 l auf. Wenn du mit ihm in die Tiefe tauchst, dann verringert sich sein Volumen. In 10m Tiefe hat es sich bereits halbiert, in 30m Tiefe ist es auf ein Viertel gesunken. Für deine Lunge gilt genau dasselbe. Wenn du über Wasser 4 l einatmest und auf 30m Tiefe abtauchst, dann wird deine Lunge auf nur 1 l zusammengepresst (Abb. 8.13 a). Das ist nicht gefährlich. Abb. 8.13: Zusammenhang zwischen Wassertiefe (und somit Druck) und Volumen eines Ballons bzw. der Lungen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv