Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

0 0 2 4 6 8 1 2 3 4 5 V p in 10 Pa 5 0 2 4 6 8 10 12 Manometer 91.1 Messung der Abhängigkeit des Drucks vom Volumen. Bei konstanter Temperatur erweist sich das Produkt aus p und V als kon- stant. Die Kurve im p-V-Diagramm nennt man „Isotherme“. 91.2 R OBERT B OYLE (1627–1691) entdeckte das nach ihm benannte Gasgesetz. Mit Robert Hooke arbeitete er an Dampfmaschinen, forschte über Atmung und Atmosphäre, Akustik und Hydrostatik. Mit seiner Publikation „The Sceptical Chemist“ legte er die Basis für die moderne Chemie. Wasserbad Heizung Thermometer Luftdruck p Quecksilbertropfen Gas Volumen V Temperatur  91.3 Gerät zur Messung der Ausdehnung eines Gases bei Temperaturerhöhung. Eine Zustandsänderung bei konstantem Volumen findet z. B. im Augenblick der Zündung des Kraftstoff-Luftgemisches im Zylinder eines Verbrennungsmotors statt. Die Temperatur der Verbrennungsgase hängt von der Menge des verbrannten Kraftstoffs ab, entsprechend variiert der Druck auf den Kolben. b Abhängigkeit des Gasdrucks vom Volumen Wir messen den Gasdruck, während wir das Volumen bei gleichbleibender Tempe- ratur vergrößern. Man nennt dies einen isothermen Prozess . Damit die Tempera- tur sich nicht ändert, muss das System von der Umgebung Wärme aufnehmen können. Experiment: Isotherme Zustandsänderung (qualitativ) 91.1 E 2 Du brauchst: Kunststoff-Einwegspritze (ohne Nadel), Manometer, Verbin- dungsschlauch. Verbinde Manometer und Spritze. Untersuche den Zusammenhang zwischen Druck und Volumen einer abgeschlossenen Gasmenge bei gleich bleibender Tem- peratur. Die Versuchsanordnung entspricht 91.1 . Erstelle mit deinen Daten ein Diagramm und vergleiche das Ergebnis mit dem unten angegebenen Gesetz. Überlege Fehlerquellen. Bei sorgfältiger Durchführung kann man aus der Messkurve ( 91.1 unten ) able- sen, dass eine Halbierung des Gasvolumens eine Verdoppelung des Druckes be- wirkt. Das Produkt aus p und V bleibt konstant! Diese Beziehung wurde nach den beiden Physikern R OBERT B OYLE (1627–1691, 91.2 ) aus England und E DMÉ M ARIOTTE (1620–1684) aus Frankreich benannt. Boyle-Mariotte’sches Gesetz für isotherme Prozesse: p · V = const Bei konstanter Temperatur T ist das Produkt aus Druck und Volumen eines idealen Gases immer gleich groß. Bei sehr hohem Druck stimmt dieses Gesetz nicht mehr: Wenn man das Gas so fest zusammenpresst, dass die Moleküle einander fast berühren, dann handelt es sich nicht mehr um ein ideales Gas. Man spricht dann von realen Gasen, bei denen man die Ausdehnung der Moleküle und die zwischen ihnen wirkenden Molekularkräfte nicht mehr vernachlässigen darf! Untersuche, überlege, forsche: Luftdruck im Flieger 91.1 S 2 Der Kabinendruck in Verkehrsflugzeugen entspricht dem Luftdruck in 2 000 m Höhe, etwa 790 mbar statt dem Normaldruck von 1 013 mbar auf Meereshöhe. Beim Steig- und Sinkflug erfolgt die notwendige Druckänderung in der Kabine, da- bei spürt man oft einen Druck im Ohr. Informiere dich, wie der Druckausgleich des Mittelohrs funktioniert. c Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur Wie ändert sich das Volumen, wenn man die Temperatur verändert, aber dabei den Druck konstant hält? ( 91.3 ) Prozesse dieser Art nennt man isobar . Viele thermodynamische Vorgänge erfolgen in unserer Umgebung bei konstantem Luftdruck, z. B. erwärmen sich die Luft in Wohnräumen oder die Luft im Heißluft- ballon (s. S. 87) bei konstantem Druck. Der französische Physiker J OSEPH L OUIS G AY -L USSAC (1778–1850) hat 1802 die Aus- dehnung von Luft untersucht. Er erwärmte einen mit Luft gefüllten Glaskolben und maß, wie viel Luft aus dem Kolben verdrängt wurde. Er schreibt: „Atmosphärische Luft, die bei der Temperatur des schmelzenden Schnees ein Volumen von 100 Teilen einnahm, wurde bis zur Wärme des kochenden Wassers erhitzt, und dehnte sich bis zu einem Volumen von 137,4, 137,6, 137,54, 137,55, 137,48, 137,57 solcher Teile aus, welches im Mittel eine Ausdehnung bis auf etwa 137,5 Teile gibt.“ 91 | WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv