Big Bang 3, Schulbuch

32 19 Wärme und Kälte erzeugen und nutzen Molekülsuperflummis Wie kommt der Druck eines Gases zu Stande, etwa in einem Ballon? Man kann sich Gasmoleküle als durcheinander rasende Superflummis vorstellen. Der Druck entsteht, weil sie pausenlos gegen alles prallen. Dabei ändern sie ihre Richtung und üben Kräfte auf das getroffene Objekt aus ( B 19.17 ). Es ist so, wie wenn du einen Flummi gegen eine Gummiwand wirfst. Auch dabei entsteht eine Kraft, die die Wand ein wenig eindellt. Ziemlich unter Dampf So funktioniert eine Dampfmaschine ( A8 ): Der heiße Dampf kommt in die rechte Kammer ( B 19.18 a ). Die Gasmoleküle prallen gegen den Kolben und drücken ihn nach links. Ihre ungeordnete Bewegungsenergie wird teilweise in geordnete umgewandelt. Wenn sich der Kolben bewegt, schließt sich die rechte Kammer und die linke öffnet sich ( b ). Der Kolben wird wieder zurückgedrückt und so weiter. Wärme ist die ungeordnete Bewegungsenergie der Teilchen und der Friedhof der Energie (siehe Kap. 16.2 , S. 7 ). Nun gibt es aber Wärmemotoren, zu denen auch Dampfmaschinen und Automotoren gehören. Sie sind in der Lage, Wärmeenergie teilweise wieder von ihrem Friedhof zurückzuholen . Sie können also ungeordnete Bewegungsenergie teilweise in geordnete zurückver- Die Molekülflummis stoßen gegen die Ballonwand und erzeugen Kräfte. Außen ist die Luft dünner, und es prallen weniger Moleküle auf. So entsteht der Überdruck im Ballon. B 19.17 Die Arbeitsweise einer Dampfmaschine B 19.18 wandeln. So unterschiedlich Wärmemotoren sind, sie haben drei Dinge gemeinsam (A9) : Sie brauchen zur Umwandlung ein heißes Gas, einen Zylinder und einen Kolben. Um die Arbeitsweise zu verstehen, sehen wir uns zu- nächst die Teilchen eines Gases an. Diese rasen mit unglaublicher Geschwindigkeit durcheinander. Der Druck entsteht dadurch, dass die Moleküle pausenlos auf alles einprasseln und dabei Kräfte erzeugen ( A6 ; 1 Info: Molekülsuperflummis ). Je heißer ein Gas, desto schneller bewegen sich die Teilchen und desto härter prallen sie auf. Der Trick der Wärmemotoren ist es nun, ein heißes Gas in einen Zylinder zu sperren, der einen beweglichen Kolben besitzt. Durch das Auf- prallen der Moleküle wird der Kolben weggedrückt. Dabei dehnt sich das Gas aus, und seine ungeordnete Wärmebewegung wird teilweise in geordnete Bewe- gung des Kolbens umgewandelt ( 1  Info: Ziemlich unter Dampf , B 19.19 und Tab. 19.2 ). Jedes Joule Energie, das auf den Kolben übertragen wird, fehlt dann im Gas, weil ja die Gesamtenergie immer erhalten bleibt ( Kap. 16.1 ). Deshalb muss sich das Gas in den arbeitenden Wärmemotoren immer abkühlen ( B 19.19 ; 1  Info: Energieerhaltungsrakete ). Arbeitsweise eines Wärmemotors: Die ungeordnete Bewegungsenergie wird weniger, und man kann geordnete Bewegungsenergie abzweigen. B 19.19 Wärmemotor Art des Gases/ Temperatur Wirksamkeit Dampfmaschine von Thomas Newcomen Wasserdampf/100 °C 0,5% Dampfmaschine von James Watt Wasserdampf/100 °C 3% Benzinmotor nach Nikolaus A. Otto Benzin-Luft-Gemisch/ bis 600 °C bis zu 40% Dieselmotor nach Rudolf Diesel Diesel-Luft-Gemisch/ bis 900 °C bis zu 50% Wirksamkeit von Wärmemotoren. Die Zahl gibt an, wie viel Prozent der Wärme des Gases in geordnete Bewegungsenergie des Kolbens umgewandelt werden können. T 19.2 Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv