Big Bang HTL 4, Schulbuch

Die Gasgesetze 8 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 95 Stell dir vor, du verschließt das Auslassventil einer Fahrrad- pumpe . Wenn du nun die Luft auf ein Drittel zusammen- drückst, würdest du nach dem Gesetz von Boyle-Mariotte erwarten, dass sich der Druck verdreifacht (Abb. 8.19, A nach C). Tatsächlich steigt dieser aber wesentlich stärker an (auf B)! Wie kommt das? Das Gesetz von Boyle-Mariotte gilt nur unter isothermen Bedingungen. Wenn du aber den Kolben in die Pumpe hineinschiebst (Abb. 8.19 oben), dann erhöhst du die Ge- schwindigkeit der aufprallenden Luftmoleküle und somit auch die Temperatur. Es ist ähnlich, als würdest du mit einem Schläger auf einen Ball schlagen (Abb. 8.19 rechts). Eine Kompression, bei der kein Wärmeaustausch erfolgt, nennt man adiabatisch , und der entstehende Druck ist hö- her als erwartet. Erst wenn die entstandene Wärme abge- flossen ist, sinkt der Druck auf den erwarteten Wert ab (C). Es gilt auch die Umkehrung: Wenn man das Volumen rasch vergrößert, dann sinkt dabei die Temperatur. Das ist eine adiabatische Expansion. Weil Luft ein schlechter Wärmeleiter ist, sind viele Volums- änderungen im Alltag eher adiabatisch als isotherm. Das Föhn und Atmosphäre Warum wird es mit zunehmender Höhe kälter ( F17 )? Der Luftdruck sinkt mit der Höhe und deshalb expandiert die Luft, wenn sie aufsteigt. Weil Luft ein schlechter Wärmelei- ter ist, expandiert sie adiabatisch und kühlt dabei um 1 °C pro 100 Höhenmeter ab. Umgekehrt wird beim Absinken die Luft adiabatisch komprimiert und erwärmt sich um 1 °C pro 100 m Höhenmeter. Abb. 8.18: Entstehung des Föhns Föhn braucht zum Entstehen feuchte Luft und ein Gebirge ( F18 ). Fangen wir beim absteigenden Teil an (Abb. 8.18 rechts). Die Luft stürzt zum Beispiel 1400m ins Tal und er- wärmt sich dabei um 14 °C. Beim Aufsteigen (links) kühlt sie aber nur um 10,5 °C ab. Warum? Der Grund liegt in der Entstehung der Wolken. Bis 400 m kühlt die Luft brav um 4 °C ab. Wenn aber 100% Luftfeuch- tigkeit erreicht werden, dann kondensiert der Wasserdampf zu Wolken. Dabei wird Kondensationswärme frei. Auf den nächsten 1000m kühlt die Luft nur mehr um 6,5 °C ab (also um 0,65 °C pro 100m). Der warme Föhn im Norden Öster- reichs ist also immer mit regnerischem Wetter im Süden verbunden. i Erhitzen einer Fahrradpumpe ist ein Beispiel dafür ( F16 ). Auch die Temperaturschichtung in der Atmosphäre ist ein adiabatischer Effekt. Eine Sternschnuppe verglüht deshalb, weil sich die Luft vor ihr adiabatisch komprimiert. Und auch der Space Shuttle hat beim Wiedereintritt in die Atmos- phäre dasselbe Problem. Abb. 8.19: rot: erwarteter Druckanstieg bei Kompression (C); schwarz: tatsächlicher Druckanstieg (B) Wenn du wartest, bis die Wärme abfließt, dann sinkt der Druck bis auf C ab und du landest auf der Isotherme. Info: Föhn und Atmosphäre Zusammenfassung Bei einer schnellen Kompression kommt es zu einer Erwär- mung, bei einer schnellen Expansion zu einer Abkühlung. Das nennt man eine adiabatische Zustandsänderung. Z Bearbeite die Aufgaben! Die Gasgesetze Der Luftdruck beträgt 760 Torricelli (torr), ein normaler Blutdruckwert beim Herzschlag liegt bei rund 140 torr! Begründe, wieso dann bei einer Verletzung dann nicht die Luft in die Adern strömt, sondern das Blut heraus. L Nimm an, ein Taucher hat an Land ein Atemminuten- volumen von 30 Litern. Er will 10 Minuten in 30 m Tiefe tauchen. Berechne, wie viel Atemluft er benötigt. L Diskutiere, welche Eigenschaften Gase von konden- sierten Stoffen unterscheiden. L Zum Befüllen von Luftballons verwendet man manchmal Helium. Nimm an, eine solche Flasche ist 1m hoch und hat einen Durchmesser von 20 cm. Das Helium in der Flasche hat 100 bar. Berechne, mit welcher Kraft die Luft auf die Bodenfläche der Flasche drückt. Gib zuerst einen Tipp ab. L 8 F19 A2 F20 A1 F21 A2 F22 A1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv