Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

74.1 ? Was haben Heißluftballone mit Thermodynamik zu tun? 74.2 Die Untersuchung der Struktur der Materie und ihres Aufbaus aus Atomen ist für die Chemie und die Biologie ebenso wichtig wie für die Physik. Das Modell zeigt den Auf- bau der DNA, des Trägers der Erbinformation aller Lebewesen. 74.3 Antike Vorstellung von Atomen und ihrem Zusammenhalt 1 Thermodynamische Zustandsgrößen In diesem Kapitel erfährst du etwas über − den Aufbau der Materie, − die Messung der Temperatur, − Kräfte zwischen Molekülen, − thermische Ausdehnung, − den Energiefluss bei Temperaturdifferenzen, − die Anomalie des Wassers. 1.1 Atome als Bausteine der Materie Der amerikanische Nobelpreisträger Richard Feynman (1918–1988) antwortete auf die Frage, was wohl die wichtigste physikalische Erkenntnis sei: Alle Körper sind aus Atomen aufgebaut, aus kleinen, sich ständig bewegenden Teilchen. Wenn Atome einander zu nahe kommen, wirken zwischen ihnen abstoßende Kräfte. Entfernen sie sich etwas voneinander, so treten anziehende Kräfte auf. Der Atombegriff bildet eine wichtige Grundlage der modernen Naturwissenschaft. Fast alle Teilgebiete der Physik, besonders aber die Chemie , fußen auf der Atomphysik. Für die Biologie – Stichwort Molekularbiologie – bildet der Aufbau der Zelle aus Molekülen die Grundlage ( 74.2 ). Viele Aspekte des atomaren Auf- baus der Materie werden im Chemieunterricht genauer behandelt. Andere, wie die Struktur des Atoms selbst, werden hier nur kurz eingeführt und später genauer besprochen (s. Physik 7). Vorstellungen zum Atom in der Antike Erste Überlegungen zum Aufbau der Materie sind aus dem antiken Griechenland ab dem 6. Jh. v. Chr. überliefert. Vier Elemente – Wasser, Erde, Feuer, Luft – sollten in unterschiedlicher Mischung die verschiedenen Stoffe aufbauen. Da man etwa beim Zerreiben eines Steins beliebig feinen Staub erhielt, lag die Vorstellung nahe, dass Materie beliebig fein zerteilt werden kann und daher nicht aus kleinsten Ein- heiten besteht. Da man kein Vakuum kannte, wurde die Vorstellung der Existenz eines leeren Raums abgelehnt. Diese „Vier-Elemente-Lehre“ bestimmte bis ins 17. Jh. das Denken der Alchimisten, der vormodernen Chemiker. Die gegenteilige Auffassung, nämlich dass die Welt aus kleinsten unteilbaren Stücken, den Atomen (das Unteilbare, griechisch: atomon) bestehe, wurde zuerst von den Philosophen L EUKIPP und D EMOKRIT . den sog. Atomisten, (ca. 500 v. Chr.) vertreten. Materie und leerer Raum sind nach der Vorstellung der Atomisten die beiden Grundbestandteile des Kosmos, das einzig Existierende. Die Materie selbst besteht aus kleinsten, unteilbaren, unveränderlichen Urteilchen, „die so winzig sind, dass sie sich unseren Sinnesorganen entziehen und darum nur mit der Vernunft erkenn- bar sind“. Diese Atome unterscheiden sich lediglich durch ihre Form, ihre Lage und innerhalb von Stoffverbindungen durch ihre verschiedenartige Anordnung. Der Raum zwischen den Atomen musste leer sein – sonst gäbe es kein „zwischen den Atomen“. Die Lehre der Atomisten stieß in der Antike auf heftigen Widerspruch. Vor allem A RISTOTELES (384–322 v. Chr.) lehnte den Atomismus ab, da seiner Meinung nach ein ausgedehntes „unteilbares Teilchen“ ein Widerspruch in sich sei, und da er die Vor- stellung eines leeren Raums vehement ablehnte. Die antike Atomlehre wurde da- 74 WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv