Experiment: Adiabatische Zustandsänderung 121.1 E1 Der Boden einer verschlossenen Flasche ist mit Spiritus bedeckt. In die Flasche wird Luft gepumpt bis der Stopfen herausgedrückt wird (121.1). Erkläre, was hier passiert. Adiabatische Zustandsänderungen kann man im Alltag oft beobachten. Beim Öffnen 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 Verbrennungsmotoren erfolgen die Verdichtung der angesaugten Luft bzw. des Luft-Kraftstoffgemisches und die Expansion der Verbrennungsgase adiabatisch. Untersuche, überlege, forsche: Gase bei adiabatischer Druckänderung 121.1 121.4 zeigt, wie sich die Temperatur von Luft (Anfangstemperatur 25 °C) bei einer adiabatischen Druckänderung vom Anfangsdruck p1 zum Druck p2 ändert. E4 a) Welcher Teil der Kurve entspricht einer Verdichtung bzw. Verdünnung der Luft? W3 b) Erkläre anhand der Grafik, wie heiß Luft in einer Fahrradpumpe werden kann, wenn man einen Überdruck von 2,5 bar erreichen möchte! W4 c) Wie kalt kann ein Gas (CO 2) im Hals einer Mineralwasserflasche ungefähr werden, wenn die Flasche bei einem Innendruck von 4 bar geöffnet wird? 3.3 Gaskinetik Die Zustandsgrößen Druck, Volumen, Temperatur und Stoffmenge beschreiben die Eigenschaften des Systems als Ganzes und sagen zunächst nichts über den atomaren Aufbau der Materie. Der Schweizer Mathematiker Daniel Bernoulli (121.2) überlegte im Jahr 1738, ob die Bewegung von Molekülen den Gasdruck erklärt. Er benutzte als Erster statistische Überlegungen zu Molekülen und Atomen, die mit späteren Verfeinerungen auch viele weitere Beobachtungen und Experimente zur Wärmelehre erklären. Gasdruck und mittlere kinetische Energie Stellen wir uns einen Behälter vor, in dem zunächst nur ein einziges Molekül eingeschlossen ist. Dieses Molekül fliegt auf gerader Bahn mit hoher Geschwindigkeit durch den leeren Raum, stößt gegen eine Wand des Behälters, wird reflektiert und kommt so im Behälter nie zur Ruhe. 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 (121.3). 121.1 Plötzliche Druckminderung in einem Gefäß, das gesättigten Dampf einer Flüssigkeit enthält, führt durch Abkühlung zur Nebelbildung. 121.2 Daniel Bernoulli (1700–1782), einer der hochbegabten Forscher aus der Familie Bernoulli, war Professor an der Universität Basel und an der Akademie der Wissenschaften in St. Petersburg. 121.3 Alle Teilchen, die in diesem Quader enthalten sind und zur Wand fliegen, erreichen im Zeitintervall Δt die Wand. 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 121.4 Temperaturänderung von Luft (blau) und CO2 (rot) (T1 = 25 °C) bei adiabatischer Druckänderung. 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 121 Thermodynamik 3 Das ideale Gas Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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