Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

In Gasen sind die Teilchen im Durchschnitt wesentlich weiter voneinander entfernt als in Flüssigkeiten und Festkörpern. Sie stehen kaum miteinander in Wechsel- wirkung. Man kann daher vermuten, dass das Verhalten von Gasen einfacher zu verstehen ist als das Verhalten der anderen beiden Materieformen. Das Hilfsmittel dazu ist das Teilchenmodell, auf das wegen der großen Teilchenzahl statistische Methoden angewandt werden. Im Teilchenmodell werden makroskopische Eigenschaften eines Gases , nämlich Druck, Volumen, Temperatur mit mikroskopischen Eigenschaften der Gasmole- küle , vor allem ihrer kinetischen Energie , in Beziehung gesetzt. Selbstverständ- lich verhalten sich nicht alle Gase vollkommen gleich. Die Untersuchungen zum Verhalten der Gase erleichtert man sich daher mit einem geeigneten idealisierten Denkmodell. 2.1 Das Modell des idealen Gases Als erste Annäherung an das reale Verhalten der Gase treffen wir folgende ideali- sierenden Annahmen: Das ideale Gas − besteht aus einer großen Anzahl von Molekülen, die in einem Gefäß mit bekanntem Volumen eingeschlossen sind. Die Teilchen sind in ständiger thermischer Bewegung und besitzen daher kinetische Energie. − Die Abstände benachbarter Moleküle im Gas sind groß. Daher können das Volumen der Moleküle und die Wirkungen der Kräfte zwischen den Molekülen vernachlässigt werden. Die Moleküle werden wie ausdehnungslose Massenpunkte behandelt. − Die Wechselwirkung der Moleküle untereinander und der Moleküle mit der Gefäß- wand werden als elastische Stöße angesehen. Zwischen den Stößen bewegen sich die Moleküle kräftefrei. Das Arbeiten mit derartigen Modellvorstellungen hat einen doppelten Zweck: Einerseits möchte man Unbekanntes durch Analogien auf Bekanntes zurückfüh- ren, um sich von der Natur anschauliche Bilder zu machen. Das Modell des idealen Gases behandelt Moleküle als winzige harte Kugeln. Andererseits versucht die Physik die allerwesentlichsten Parameter eines Systems zu identifizieren, um allgemeine Aussagen für möglichst viele Systeme treffen zu können. Modelle sind Abstraktionen und beschreiben nur näherungsweise die Wirklichkeit, sie sind vom Menschen erdachte Bilder, um Vorgänge in der Natur zu veranschaulichen und dadurch leichter beschreiben zu können. Trotz der großen Erfolge der physikalischen Modellvorstellungen, die sich auch in den technischen Anwendungen widerspiegeln, muss man sich der Grenzen solcher Modelle stets bewusst sein. 88.1 ? Weshalb platzt die Haut von reifen Kirschen nach einem Regen – und was hat dies mit den Gasgesetzen zu tun? 88.2 Modell eines Gases: Die Atome sind re- lativ weit voneinander entfernt und fliegen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in zufälligen Richtungen im Gefäß umher. 2 Das ideale Gas In diesem Kapitel erfährst du etwas über − Modellbildung in der Physik, − ideale und reale Gase, − den Zusammenhang von Temperatur und Bewegungsenergie der Teilchen, − wie Druck, Volumen und Temperatur von Gasen zusammenhängen, − Osmose und welche Ähnlichkeit gelöste Stoffe mit idealen Gasen haben. 88 WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv