Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

93.1 Plötzliche Druckminderung in einem Gefäß, das gesättigten Dampf einer Flüssigkeit enthält, führt durch Abkühlung zur Nebel- bildung. 93.2 D ANIEL B ERNOULLI (1700–1782), einer der hochbegabten Forscher aus der Familie Ber- noulli, war Professor an der Universität Basel und an der Akademie der Wissenschaften in St. Petersburg. Die Stöße der Moleküle ... ... können vereinfacht werden. v = Geschwindigkeit vorher �v = Geschwindigkeit nachher Fläche A kommt zu spät fliegt in der falschen Richtung v  t 93.3 Alle Moleküle, die in diesem Quader enthalten sind und zur Wand fliegen, erreichen im Zeitintervall ∆ t die Wand. Experiment: Adiabatische Zustandsänderung 93.1 E 1 Der Boden einer verschlossenen Flasche ist mit Spiritus bedeckt. In die Fla- sche wird Luft gepumpt, bis der Stopfen herausgedrückt wird ( 93.1 ). Erkläre, was hier passiert. Adiabatische Zustandsänderungen kann man im Alltag oft beobachten. Beim Öff- nen einer Dose mit einem kohlensäurehaltigen Getränk bildet sich kurzzeitig ein leichter Nebel. Der Abbau des Überdrucks (ca. 5 bar ) über der Flüssigkeit geschieht adiabatisch, die Temperatur sinkt dabei so stark, dass der Wasserdampf über der Flüssigkeit kleine Nebeltröpfchen bildet, die sich schnell wieder auflösen. In Ver- brennungsmotoren erfolgen die Verdichtung der angesaugten Luft bzw. des Luft-Kraftstoffgemisches und die Expansion der Verbrennungsgase adiabatisch. Untersuche, überlege, forsche: Gase bei adiabatischer Druckänderung 93.1 93.4 zeigt, wie sich die Temperatur von Luft (Anfangstemperatur 25 °C) bei ei- ner adiabatischen Druckänderung vom Anfangsdruck p 1 zum Druck p 2 ändert. E 1 a) Welcher Teil der Kurve entspricht einer Verdichtung bzw. Verdünnung der Luft? E 2 b) Erkläre anhand der Grafik, wie heiß Luft in einer Fahrradpumpe werden kann, wenn man einen Überdruck von 2,5 bar erreichen möchte! E 2 c) Wie kalt kann Gas im Hals einer Mineralwasserflasche ungefähr werden, wenn bei einem Innendruck von 4 bar die Flasche geöffnet wird? 200 175 150 125 100 75 50 25 0 -25 -50 -75 0 1 2 3 4 5 p p 2 1 / Temperatur in °C 93.4 Temperaturänderung von Luft (blau) und CO 2 (rot) ( T 1 = 25 °C) bei adiabatischer Druckänderung. 2.3 Gaskinetik Die Zustandsgrößen Druck, Volumen, Temperatur, Stoffmenge beschreiben die Eigenschaften des Systems als Ganzes und sagen zunächst nichts über den atoma- ren Aufbau der Materie. Der Schweizer Mathematiker D ANIEL B ERNOULLI ( 93.2 ) überlegte 1738, ob die Bewegung von Molekülen den Gasdruck erklärt. Er führte erstmalig statistische Überlegungen zu Molekülen und Atomen ein, die mit spä- teren Verfeinerungen auch alle anderen Beobachtungen und Experimente zur Wärmelehre erklären. Gasdruck und mittlere kinetische Energie Stellen wir uns einen Behälter vor, in dem zunächst nur ein einziges Molekül ein- geschlossen ist. Dieses Molekül fliegt auf gerader Bahn mit hoher Geschwindigkeit durch den leeren Raum, stößt auf eine Wand des Behälters, wird reflektiert und kommt so im Behälter nie zur Ruhe. Wegen dieser unaufhörlichen Bewegung hat jede Wand andauernd Stöße aufzufangen. Der Aufprall eines einzelnen Moleküls hat wenig Wirkung, jedoch gemeinsam üben die zahlreichen Moleküle im Behälter einen messbaren Druck auf die Wände des Behälters aus. 93 | WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv