Aufbau der Materie und Wärmelehre: Unterschied zwischen den Versionen

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==== Volumenänderung von Gasen ====
 
==== Volumenänderung von Gasen ====

Version vom 11. Juli 2008, 20:52 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Aufbau der Materie und Wärmelehre

Aufbau der Materie


Änderung der inneren Energie

Wärme: Symbol: Q Einheit: 1J=1(kg*m²)/s²

Grundgleichung der Wärmelehre bei Erwärmen oder Abkühlen von Körpern ohne Aggregatszustandsänderung: Q=c*m*Δ\vartheta

1.Hauptsatz der Wärmlehre:

In einem abgeschlossenem System ist die Änderung der inneren Energie verbunden mit der Zufuhr oder Abgabe von Wärme und dem Verrichten mechanischer Arbeit.


ΔEi=W+Q 

                     ΔEi:Änderung der inneren Energie
                     W:Verrichten mechanischer Arbeit
                     Q:Abgabe/Zufuhr von Wärme


Energieentwertung

Reversible und irreversible Vorgänge

Ein Vorgang in Natur und/oder Technik kann reversibel oder irreversibel verlaufen. Das bedeutet:

  • ein reversibler Vorgang ist umkehrbar, d. h. der Ausgangszustand wird von allein wieder erreicht

Beispiele: Bewegung der Erde um die Sonne, Fadenpendel (bei kurzer Dauer) Fadenpendel.JPG

  • ein irreversibler Vorgang ist NICHT umkehrbar, d.h. der Ausgangszustand kann von alleine NICHT wieder erreicht werden.

Beispiele: Verbrennen eines Stoffes
Energiebilanz.jpg

Wirkungsgrad bei irrevrsiblen Vorgängen

Bei allen irreversiblen Vorgängen wird Energie in Form von Wärme entwertet. Der Wirkungsgrad bei allen Vorgängen, bei denen auch die Innere Energie eine Rolle spielt, ist immer kleiner als 100%, da Innere Energie nie vollständig in andere Energieformen umgewandelt werden kann.

Folglich tritt immer eine Energieentwertung auf.

Beispiel: Ein laufender Motor erhitzt sich. Die Wärmeenergie wird durch die Verbrennung des Treibstoffs erzeugt, allerdings kann sie nicht zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden.

Der Energieerhaltungssatz gilt trotzdem

Hier findest du Aufgaben dazu:

leifiphysik


Volumenänderung bei Temperaturänderung

Volumenänderung von Flüssigkeiten

(Daniel H.<-Hat alles alleine gemacht,Patrik H.,Sebastian B.,Christoph Z.)

Flüssigkeiten (ausser Wasser) dehnen sich bei konstanter Temperaturerhöhung linear aus. 

Volumenausdehnung = Ausgangsvolumen * Volumenausdehnungskoeffizient * Temperaturdifferenz

Lol.png 


Volumenausdehnungskoeffizienten Beispiele (γ in l/°C bei 20 °C ):

Benzin: 0,0010

Wasser: 0,00021

Quecksilber: 0,00018

Petroleum: 0,0009

Heizöl: 0,0009

Alkohol: 0,0011

Beispiel: Berechne die Volumenänderung von 76 LiterBenzin wenn sie sich von 10°C auf 20°C erwärmen

Gegeben: V0=76l γ=0,0010 l/°C \vartheta =10°C

Gesucht: ^V

Lösung: ^V = V0*y*\vartheta 

  = 76l * 0,0010 l/°C * 10°C
  = 0,76l
Anomalie des Wassers

Dichte:

Wasser hat unter Normaldruck seine größte Dichte von bei ca. 4°C und zeigt damit eine Dichteanomalie. Diese besteht darin, dass sich Wasser unterhalb von ca. 4°C bei weiterer Temperaturverringerung, auch beim Wechsel zum festen Aggregatzustand, wieder ausdehnt, was man nur von wenigen Stoffen kennt. Dies führt dazu, dass Eisberge schwimmen. Im flüssigen Zustand herrscht eine Mischung von Ordnung und Chaos, wobei die Moleküle aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit ein größeres Volumen ausfüllen. Es erhöht sich also das Volumen und die Dichte wird damit geringer. Im gasförmigen Zustand ist die maximale Unordnung erreicht und die Atome verteilen sich dementsprechend gleichmäßig über den maximal zur Verfügung stehenden Raum. Festes Wasser hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser, es schwimmt (=anomales Verhalten).

Es gilt:

-je größer die Temperatur des Wassers, desto kleiner die Dichte

-je kleiner die Temperatur des Wassers, desto größer die Dichte

Außer:

Ab 4°C wird das Volumen nicht kleiner sondern bis 0°C wieder größer. Wasser hat bei 4°C die größte Dichte.

AnomalieWasser.jpg

Längenänderung von Festkörpern

Alle Festkörper dehnen sich bei Erwärmung aus, jedoch nicht alle gleichmäßig (linear). Dafür ist der jeweilige Längenausdehnungskoeffizient verantwortlich. Dieser ist bei jedem Stoff anders. Es kann berechnet werden, um wie viel cm sich ein Stoff ausdehnt und zwar mit dieser Formel: 

     Δl = α * lo * Δδ

oder:

Volumenänderung = Volumenänderugskoeffizient * Ausgangslänge * Temperaturänderung


Einige Beispiele für den Längenausdehnungskoeffizient:

Stoffe α = \frac{1}{C} Stoffe α = \frac{1}{C}
Elemente Andere
Aluminium 2,4 * 10-5 Beton 0,000 012
Messing 0,000 018 Glas 0,000 008
Silber 0,000 020 Granit 0,000 003
Gold 0,000 014 Kochsalz 0,000 040
Zinn 0,000 027 Polyester 0,000 080
Zink 0,000 036 PVC (biegsam) 0,000 240
Kupfer 0,000 016 Porzellan 0,000 003
Blei 0,000 029 Titan 0,000 010
Eisen 0,000 012 Silizium 0,000 002

Volumenänderung von Gasen

Alle Gase dehnen sich unter Wärmezufuhr ungefähr gleich aus, vorrausgesetzt sie besitzen die gleiche Ausgangstemperatur und stehen unter gleichem Druck. Folglich gilt:

Je wärmer ein Gas ist, desto größer sein Volumen.

Allerdings gibt es keine Formel mit der man die Ausdehnung genau berechnen kann.

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