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Vo­lu­men, Druck, Tem­pe­ra­tur

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.

Ein Flüs­sig­keits­ther­mo­me­ter be­steht aus einem flüs­sig­keits­ge­füll­ten Gefäß mit auf­ge­setz­ter Ka­pil­la­re (Steig­rohr).

Thermometer Als Fül­lung wer­den Stof­fe ver­wen­det, die im ge­wünsch­ten Be­reich flüs­sig sind und die eine zur Tem­pe­ra­tur pro­por­tio­na­le Aus­deh­nung zei­gen. So lässt sich an dem Ther­mo­me­ter eine Skala an­brin­gen, auf der man die Tem­pe­ra­tur di­rekt ab­le­sen kann.

In einer For­mel aus­ge­drückt gilt also:


Die Vo­lu­men­zu­nah­me des Stof­fes ist pro­por­tio­nal zu sei­ner Tem­pe­ra­tur­än­de­rung:

Volumenänderung

Aber warum ist das so?
Wes­halb steigt das Vo­lu­men mit zu­neh­men­der Tem­pe­ra­tur?

Hin­ter­grund­wis­sen:
Die Tem­pe­ra­tur ist letzt­end­lich ein Maß für die durch­schnitt­li­che Be­we­gungs­en­er­gie der Teil­chen. Je schnel­ler sich die Teil­chen be­we­gen, umso höher ist die Tem­pe­ra­tur eines Stof­fes


form1 oder form2

Durch eine Ge­schwin­dig­keits­er­hö­hung steigt der Platz­be­darf der Teil­chen.

Auf der Ebene der Teil­chen führt dies zu einer

Zu­nah­me der Ge­schwin­dig­keit, Zu­nah­me der Be­we­gungs­en­er­gie.

Auf der Ebene der Stof­fe führt dies zu einer

Zu­nah­me der Tem­pe­ra­tur, Zu­nah­me des Vo­lu­mens

Wenn also die Tem­pe­ra­tur des Stof­fes von der Ge­schwin­dig­keit der Teil­chen ab­hängt, muss es eine tiefs­te Tem­pe­ra­tur geben, denn es gibt ja auch eine nied­rigs­te Ge­schwin­dig­keit, näm­lich den ab­so­lu­ten Still­stand, die Ge­schwin­dig­keit null.


Wie groß ist die nied­rigs­te Tem­pe­ra­tur?

Nullpunkt Sie be­trägt -271,15°C, ist aber prak­tisch nie ganz er­reich­bar. Die­ser ab­so­lu­te Tief­punkt mar­kiert auch den ab­so­lu­ten Null­punkt der ab­so­lu­ten Tem­pe­ra­tur­ska­la , die in der Phy­sik und in der Che­mie vor­zugs­wei­se ver­wen­det wird. Die Maß­ein­heit der ab­so­lu­ten Tem­pe­ra­tur­ska­la ist das Kel­vin (K) .

Eine Tem­pe­ra­tur­dif­fe­renz von 1°C ent­spricht dabei einer Tem­pe­ra­tur­dif­fe­renz von 1K.

Die Vo­lu­men­zu­nah­me (ΔV) bei Tem­pe­ra­tur­er­hö­hung (ΔT) ist be­son­ders deut­lich bei Gasen.


Hier gilt:
Form3
Das Vo­lu­men der Gase wird im Ge­gen­satz zu Fest­stof­fen und Flüs­sig­kei­ten auch noch sehr stark vom Druck be­ein­flusst.


Hier­bei gilt:

form2
In Wor­ten klingt das viel an­schau­li­cher:


Je grö­ßer der Druck, umso klei­ner ist das Vo­lu­men eines Gases.


Gase sind also kom­pri­mier­bar, d. h., sie kön­nen unter Druck zu­sam­men­ge­presst wer­den. Will man eine große Gas­men­ge in einem mög­lichst klei­nen Gefäß un­ter­brin­gen, so kom­pri­miert man das Gas mit hohem Druck. Die Druck­gas­fla­schen kön­nen bis zu 50 l Gas ent­hal­ten bei einem Druck von bis zu 300 bar.

Auf­ga­be:

Wie viele Liter Sau­er­stoff las­sen sich bei Norm­al­druck aus einer voll­ge­füll­ten Sau­er­stoff­fla­sche mit den oben ge­nann­ten Daten ent­neh­men?

Dazu:
In­for­mie­re dich über die Druck­ein­hei­ten N/m², Pa, bar. Wel­cher Zu­sam­men­hang be­steht zwi­schen den ver­schie­de­nen Ein­hei­ten? Wie groß ist der Norm­al­druck in den ver­schie­de­nen Ein­hei­ten?

flaschen

Ver­schie­de­ne Druck­gas­fla­schen. Die Far­ben­kom­bi­na­tio­nen (Fla­sche/Schul­ter) mar­kie­ren ver­schie­den Gase. grau/weiß steht z. B. für Sau­er­stoff, rot/rot für Was­ser­stoff.

Ar­beits­blatt Vo­lu­men, Druck, Tem­pe­ra­tur: Her­un­ter­la­den [doc] [793 KB]
Ar­beits­blatt Vo­lu­men, Druck, Tem­pe­ra­tur: Her­un­ter­la­den [pdf] [414 KB]