Big Bang HTL 4, Schulbuch

Die Gasgesetze 8 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 93 Gefährlich ist, wenn du in der Tiefe aus der Pressluftflasche atmest und dann auftauchst. Warum? Das Pressluftgerät (der Atemregler) liefert dir in jeder Tiefe so viel Luft, dass du auf ein normales Lungenvolumen einatmen kannst. Wenn du in 30m Tiefe dein Lungenvolumen auf 4 l bringst, liefert dir der Atemregler dazu viermal so viel Luft wie an der Oberfläche. Wenn du dann aber ohne auszuatmen auf- tauchst, würde sich deine Lunge theoretisch auf 16 l ausdeh- nen (Abb. 8.13 b). Das ist völlig unmöglich. Wahrscheinlich würdest du nach wenigen Metern einen Lungeriss erleiden. Deshalb: Beim Auftauchen immer ausatmen ( F12 ). Mit dem Gesetz von Boyle-Mariotte kann man auch das unan- genehme Gefühl in den Ohren bei einem Druckwechsel er- klären. Info: Belegte Ohren Zusammenfassung Bei der isothermen Zustandsänderung eines Gases ist das Produkt p ·V immer konstant. Das nennt man das Gesetz von Boyle-Mariotte. Z Van der Waals-Gas Es gibt eine sogenannte kritische Temperatur ( T k ), oberhalb der man bei einem Stoff nicht mehr zwischen flüssig und gasförmig unterscheiden kann. Reale Gase lassen sich mit dem Gesetz von B OYLE -M ARIOTTE sehr gut beschreiben, wenn die Temperatur weit genug über der kritischen liegt (Abb. 8.14). Isotherme, die in der Nähe von T k liegen, sind bereits etwas verbeult ( T 1 ). Sinkt die Temperatur unter T k ab, dann führt eine Verringerung des Volumens zur Konden- sation, das Gas wird also flüssig. Der Druck steigt so lange nicht an, bis sich das gesamte Gas verflüssigt hat. Die kritische Temperatur liegt für Stickstoff (N 2 ) bei –145 °C und für Sauerstoff (O 2 ) bei –117°C, also extrem tief. Luft kann unter normalen Bedingungen daher als ideales Gas angesehen werden. Bei Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) liegt T k bei +31 °C und bei Wasserdampf sogar bei +374 °C. Hier kann das Gesetz von Boyle-Mariotte nur bei entsprechend hohen Tem- peraturen angewendet werden. i Abb. 8.14: p-V- Diagramm eines realen Gases: Solche Gase nennt man Van der Waals-Gase. 8.3 Achtkommadrei Die allgemeine Gasgleichung Jetzt setzen wir die bisherigen drei Steine zusammen und erhalten die allgemeine Gasgleichung. In Tabelle 8.2 (S. 94) sind die drei Gasgesetze für spezielle Bedingungen noch einmal zusammengefasst. Diese drei Sonderfälle kann man zum allgemeinen Gasgesetz zusam- menfassen (Tab. 8.2 unten). Es besagt Folgendes: Du kannst Druck, Temperatur und Volumen eines Gases nicht beliebig wählen. Sein Zustand liegt fest, wenn zwei der Werte festlie- gen. Die Werte liegen daher auf einer dreidimensionalen Oberfläche (Abb. 8.16, S. 94). Die Gasgesetze für spezielle Belegte Ohren Das Mittelohr ist durch die Eustach’sche Röhre mit dem Mundraum zu einem gemeinsamen Hohlraum verbunden (Abb. 8.15). Die „belegten Ohren“ ( F13 ) kommen immer durch eine Druckveränderung zu Stande. Steigt der Außen- druck , dann wölbt sich das Trommelfell nach innen (Abb. 8.15 a). Das ist beim Abtauchen der Fall oder wenn du mit der Seilbahn ins Tal fährst. Du kannst das Trommelfell wieder nach außen drücken, indem du Mund und Nase zu- hältst und trotzdem versuchst auszuatmen. Beim Auftauchen aus dem Wasser oder beim Hinauffahren mit der Seilbahn sinkt der Außendruck und das Trommelfell wölbt sich nach außen (Abb. 8.15 b). Dann hilft herzhaftes Gähnen, damit der Überdruck besser aus dem Mittelohr ent- weichen kann. Der Druckausgleich kann in beiden Fällen nur durch die Eustach’sche Röhre („Ohrtrompete“) erfolgen. Weil diese bei Erkältung verschlossen sein kann, sind in die- sen Fällen die belegten Ohren besonders unangenehm. Abb. 8.15: Steigt der Außendruck, dann wird das Trommelfell nach innen gedrückt; sinkt er, wird es nach außen gedrückt. i Was versteht man unter einem Mol eines Stoffes? Ein Heliumballon kommt dir aus und steigt auf. Die Außenluft wird kälter (was zu einer Verkleinerung des Volumens führen würde), aber der Druck sinkt (was zu einer Vergrößerung führen würde). Welcher Effekt gewinnt? L F14 F15 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv