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Gasgesetze




Gasgesetze

Zusammenhänge zwischen Druck, Temperatur, und Volumen eines Gases.

In Gasen reichen die Molekularkräfte nicht aus, um die Moleküle aneinanderzubinden. Daher füllt ein Gas jedes Gefäß vollständig und gleichmäßig aus. Sie besitzen sehr geringe Dichte und lassen sich leicht zusammenpressen. Die Moleküle sind also relativ weit von einander entfernt, daher sind die Molekularkräfte sehr klein.

Druck ---- Temperatur ?

Vorraussetzung: Volumen ist konstant. Die Teilchen sind weit von einander entfernt, sie bewegen sich = thermische Bewegung: je höher die Temperatur, desto mehr Bewegung; je mehr Bewegung, desto höher wird der Druck, da die Teilchen bei Bewegung auf die Gefäßwand stoßen. Der Druck ändert sich also mit der Temperatur. Gay Lussac: Je größer die Temperatur, desto größer der Druck; bei doppelter Temperatur, wächst auch der Druck doppelt an. Die beiden Größen sind also direkt proportional. Die Meßwerte liegen daher auf einer Geraden. Bei -273°C ergibt sich der Druck Null. Bei dieser Temperatur verschwindet die Molekularbewegung. Man bezeichnet sie daher als absoluten Nullpunkt. Sie ist die tiefstmögliche Temperatur und gilt für alle Gase.



Druck ---- Volumen?

Weil die Temperatur ein Maß für die thermische Bewegung ist, bleibt bei konstanter Temperatur die kinetische Energie der Molekularbewegung konstant. Wenn das Volumen des Gases z.B. auf die Hälfte verkleinert wird, so steigt die Zahl der Moleküle und damit auch die Zahl der Wandstöße auf das doppelte an, dh. der Druck verdoppelt sich, wenn das Volumen halbiert wird. Die Beiden Größen sind indirekt proportional. Boyle-Mariotte´sche Gesetz: Bei konstanter Temperatur ist das Produkt aus Druck und Volumen eines Gases konstant. p  V = const.

Ausnahme: Luft Luftteilchen haben ein Eigenvolumen, deshalb können sie nicht näher aneinander kommen = ideales Gas. Der Druck eines idealen Gases beträgt nach Bernoulli:

Zustandsgleichung idealer Gase: Das Produkt aus Druck p und Volumen V eines idealen Gases ist proportional zur absoluten Temperatur T und zur Zahl der Gasmoleküle N.

Die Zustandsgleichung besagt, daß zwischen dem Druck, dem Volumen und der absoluten Temperatur eines Gases ein Zusammenhang besteht.Man kann also nur zwei der drei Zustandsgrößen p, V, T beliebig wählen. Die dritte Größe stellt sich automatisch ein und kann mit der Zustandsgleichung berechnet werden.

Zustandsänderungen

flüssig  in gasförmig: Verdampfen: Damit die Teilchen der Flüssigkeit ausbrechen können benötigen sie Energie und zwar um die Molekularkräfte zu überwinden. Je wärmer die Flüssigkeit ist, desto schneller sind die Teilchen; und je schneller die Teilchen sind, desto leichter können sie ausbrechen. dh. die Flüssigkeit verdampft. Die Temperatur szeigt dabei nicht an, weil die Energie für die Überwindung der Molekularkräfte benötigt wird. Verdampfungswärme: Ist jene Wärme, die benötigt wird um 1kg eines Stoffes zu verdampfen. Es kann also zur Verdampfung auf zwei verschiedene Arten kommen: 1. durch Temperaturerhöhung und 2. durch Druckverringerung: dh. Wasser kann auch bei 20°C verdampfen, indem man einfach den Druck verringert. z.B. Kühlschrank

Dampf --> flüssig: Kondensieren: entzieht man dem Wasserdampf die Verdampfungswärme wieder, so binden die Molekularkräfte die Molekule erneut aneinander, und es entsteht wieder flüssiges Wasser. Man spricht von der Kondensation des Wasserdampfes. Bei der Kondesation gibt der Dampf die Kondensationswärme ab, die gleich groß wie die Verdampfungswärme ist.

Oberhalb ihrer kritischen Temperatur können Gase nicht mehr verflüssigt werden, da dort der Unterschied zwischen Gasen und Flüssigkeiten verschwindet.




Fest --> flüssig: Schmelzen: Temperatur und Druckveränderung wie bei Gas ( E notwendig um Verband zu verlassen - Temp. steigt nicht) - Schmelzwärme: Ist jene Wärmeenergie, die man zuführen muß, damit 1kg eines Stoffes verflüssigt wird.

Ausnahme: Wasser: Anomalie des Wassers: bedeutet, daß das Volumen einer gegebenen Wassermenge beim Erwärmen im Bereich von 0° - 4°C nicht ansteigt, sondern sinkt. Es hat daher bei 4°C ihre größte Dichte und ihr kleinstes Volumen. Wasser ist ein Dipolmolekul, dh es hat ein pos. und ein neg. Ende. Im Eis richten sich die Molekule so aus, daß die pos. und neg. Ende nahe beieinander liegen. Zwischen den einzelnen Molekülen bleibt viel Zwischenraum, so daß die Dichte des Eises fast um 10% geringer ist als die Dichte von Wasser. Beim Schmelzen geht die Orientierung der Wassermoleküle verloren, dadurch nimmt das Volumen ab. Wasser gefriert daher von oben: wenn es draußen kalt wird sinkt das kalte Wasser nach unten, solange bis am Grund 4°C erreicht sind,dh. dort lagert Wasser mit größter Dichte. Wird die Luft über dem See noch kälter, so kühlt das Wasser an der Oberfläche ab, oder gefriert, kann aber nicht mehr nach unten sinken, weil seine Dichte geringer ist.

Flüssig --> Fest: Erstarren, Gefrieren

Fest --> Gas: Sublimieren: Festkörper gehen manchmal direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Diesen Vorgang nennt man Sublimation, seine Umkehrung heißt Verfestigung. Das Zustandsdiagramm von Wasser: Die Dampfdruckkurve endet im kritischen Punkt. Bei hohem Druck bildet sich sogar bei einer Temperatur von 400°C noch Eis!

Luftfeuchtigkeit: gibt an wieviel Gramm ahn Wasserdampf in 1m Luft enthalten sind. Die Wasserdampfmenge, die 1m Luft bei einer bestimmten Temperatur maximal aufnehmen kann, heißt Sättigungsmenge. Hier herrscht das dynamische Gleichgewicht. Sie wächst mit der Temperatur. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. Meist liegt der tatsächliche Wasserdampfgehalt erheblich unter der Sättigungsmenge. Die in 1m Luft tatsächlich enthaltene Wasserdampfmenge heißt absolute Feuchtigkeit. Kühlt man Luft ab, so kann sie immer weniger Wasserdampf halten. Schließlich unterschreitet die Sättigungsmenge die absolute Feuchtigkeit. Der Taupunkt ist erreicht. Der überschüssige Wasserdampf wird in Form von Wassertröpfchen ausgeschieden. Es bilden sich Nebel oder Wolken, und der kondensierte Wasserdampf fällt in Form von NS auf die Erde nieder. Es kommt also nicht so sehr auf die absolute Feuchtigkeit, sondern auf das Verhältnis absolute Feuchtigkeit/ Sättigungsmenge an

Die relative Feuchtigkeit wird in % angegeben. Sie steigt bei Abkühlung der Luft an, da die Sättigungsmenge kleiner wird.










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