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Physik 9 · Wärmelehre

Zustandsänderungen von Gasen

Diese Seite geht über den Unterrichtsstoff hinaus. Druck p, Volumen V und Temperatur T eines Gases hängen zusammen: p · V : T bleibt bei gleicher Gasmenge immer gleich. Hält man eine Größe fest, bleiben einfache Gesetze übrig. Ohne Wärmeaustausch ändern sich alle drei zugleich.

So gehst du vor

  1. 1Wähle die Art der Änderung. Lies, was dabei festgehalten wird.
  2. 2Isotherm und adiabatisch: Ziehe am Kolben oder am Punkt im Diagramm. Isobar und isochor: Heize mit dem Regler.
  3. 3Tippe bei mindestens fünf Einstellungen „Messwert übernehmen“. Die Tabelle gehört zur gewählten Art.
  4. 4Werte selbst aus. Erst dann „Auswertung zeigen“.
  5. 5Die Fläche unter der Kurve im Diagramm ist die Arbeit, die das Gas abgibt oder bekommt.

Art der Änderung

Temperatur bleibt gleich. Das Wasserbad führt Wärme ab oder zu.

Druck
1,00 bar
Volumen
1,00 L
Temperatur
20,0 °C
0,40,81,21,622,42,81234Vpin Lin bar

Grau: Isothermen (je eine Temperatur: 200, 300, 400, 600, 800 K). Dunkler Punkt: Beginn der Änderung. Die Skala des Drucks passt sich an.

Volumen V

1,00 L

Gas

Energie seit Beginn der Änderung
am Gas verrichtete Arbeit: W = 0,0 J
zugeführte Wärme: Q = 0,0 J
innere Energie: ΔU = Q + W = 0,0 J

Messreihe: isotherm

Trägt man p über dem Kehrwert von V auf, entsteht eine Ursprungsgerade. Rechne auch p · V für jede Zeile aus.

Nr.Volumen V in LDruck p in bar
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,50,00,51,01,52,02,53,0V⁻¹ in L⁻¹p in bar

Aufträge

  1. Isotherm: Verdichte von 2 L auf 0,5 L und nimm sechs Messwerte auf. Bestätige, dass p · V gleich bleibt.
  2. Isobar: Erwärme schrittweise. Wo schneidet die Gerade die Temperaturachse? Warum kann es keine tiefere Temperatur geben?
  3. Isochor: Eine Spraydose hat bei 20 °C einen Überdruck, der zusammen mit dem Luftdruck 4 bar ergibt. Wie groß ist der Druck bei 80 °C? Warum darf man sie nicht in die Sonne legen?
  4. Adiabatisch mit Luft: Verdichte von 1 L auf 0,5 L. Wie heiß wird das Gas? Woher kommt die Energie? Warum wird eine Fahrradpumpe warm?
  5. Vergleiche beim Halbieren des Volumens die Arbeit: isotherm und adiabatisch, jeweils von 1 L aus. Warum ist sie adiabatisch größer? Zeig es an der Fläche.
  6. Gas X: Bestimme mit dem Halbieren des Volumens von 1 L auf 0,5 L, welches Gas es ist. Faktoren: Helium 3,17, Luft 2,64, Kohlenstoffdioxid 2,46. Löse erst danach auf.
  7. Ein Dieselmotor verdichtet die Luft etwa auf ein Sechzehntel, ohne Zündkerze. Schätze mit T · V0,4 = konstant die Temperatur ab, wenn er bei 20 °C beginnt.

Über den Unterrichtsstoff hinaus: Kapitel „Zusatz: Gase“.