In Gasen sind die Teilchen im Durchschnitt wesentlich weiter voneinander entfernt als in Flüssigkeiten und Festkörpern. Sie stehen kaum miteinander in Wechselwirkung. Man kann daher vermuten, dass das Verhalten von Gasen einfacher zu verstehen ist als das Verhalten der anderen beiden Materieformen. Das gelingt mit dem Teilchenmodell, wobei wegen der großen Teilchenzahl statistische Methoden angewandt werden. Im Teilchenmodell werden makroskopische Eigenschaften eines Gases, nämlich Druck, Volumen und Temperatur mit mikroskopischen Eigenschaften der Gasmoleküle, vor allem ihrer kinetischen Energie, in Beziehung gesetzt. Selbstverständlich verhalten sich nicht alle Gase vollkommen gleich. Die Untersuchungen zum Verhalten der Gase erleichtert man sich daher mit einem geeigneten idealisierten Denkmodell. 3.1 Das Modell des idealen Gases Mit den folgenden Annahmen lassen sich die bekannten Eigenschaften von Gasen erklären. Sie führen außerdem zu weiteren überprüfbaren Vorhersagen. Das ideale Gas – besteht aus einer großen Anzahl von Teilchen, die in einem Gefäß mit bekanntem Volumen eingeschlossen sind. Die Teilchen sind in ständiger thermischer Bewegung und besitzen daher kinetische Energie. – Die gegenseitigen Abstände der Teilchen im Gas sind meist groß. Daher können ihr Volumen und die Kräfte zwischen ihnen vernachlässigt werden. Die Teilchen werden als ausdehnungslose Massenpunkte behandelt. – Gegenseitige Stöße sind elastische Stöße, dabei gilt der Energieerhaltungssatz. Auch Stöße mit der Gefäßwand erfolgen elastisch und verursachen den Druck des Gases auf die Wand. Zwischen den Stößen bewegen sich die Teilchen kräftefrei. Das Arbeiten mit derartigen Modellvorstellungen (116.1) hat einen doppelten Zweck: Einerseits möchte man Unbekanntes durch Analogien auf Bekanntes zurückführen, um sich von der Natur anschauliche Bilder zu machen. Das Modell des idealen Gases behandelt Teilchen als winzige elastische Kugeln. Andererseits sucht die Physik nach Gesetzmäßigkeiten, wie messbare Größen (Zustandsgrößen) den Zustand von Systemen nicht nur beschreiben, sondern auch wie sie voneinander abhängen. Beispielsweise will man wissen, wie sich bei einem Gas, das in einem Behälter eingeschlossen ist, der Druck bei einer Temperaturänderung verhält. Weshalb platzt die Haut von reifen Kirschen nach einem Regen – und was hat dies mit den Gasgesetzen zu tun? 116.1 Modell eines Gases: Die Teilchen sind relativ weit voneinander entfernt und fliegen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in zufälligen Richtungen im Gefäß umher. 116 Thermodynamik 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. 3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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