Wärmelehre - Druck, Physikübungen

Druck als Zustandsgröße, Druckänderung, Teilchenstrom - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig)

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  • Druckänderung
    Erklärung mithilfe des Teilchenmodells: Bei gleicher Teilchenanzahl gilt für ein abgeschlossenes Gas:
    Der Druck steigt bei...
    • kleinerem Volumen. Die Teilchen werden zusammengedrängt und stoßen nun öfter an die Innenflächen.
    • höherer Temperatur. Die Teilchen bewegen sich schneller und stoßen damit öfter and die Innenflächen.

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    Der Druck in einem (verschlossenen) Luftballon steigt, wenn…
    man ihn zusammendrückt.
    die Luft im Ballon erwärmt.
    die Luft im Ballon abkühlt.
    man ihn unter Wasser drückt.
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Was sind Gase und wie lassen sich physikalische Größen beschreiben? I musstewissen Chemie
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Was sind Gase und wie lassen sich physikalische Größen beschreiben? I musstewissen Chemie

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Druck

Autoreifen werden auf etwa 2-3 bar aufgepumpt.
  • Druck p ist neben Temperatur T und Volumen V eine Zustandsgröße, die sich nach einer gewissen Zeit im ganzen Körper gleichmäßig einstellt. Im Teilchenmodell stoßen die Teilchen eines abgeschlossenen Gases an die Innenseiten des Behälters und erzeugen so Druck.
  • Die Einheit des Drucks ist Pascal, abgekürzt Pa.
    1 Pa = 1 N/m²
    Eine weitere Einheit ist bar.
    1 bar = 10⁵ Pa = 100 000 Pa
Luftdruck
  • Der Luftdruck der Atmosphäre entsteht anschaulich durch die Gewichtskraft der Luft (Schweredruck). Der Luftdruck wirkt von allen Seiten z.B. auf unsere Körper ein. Anschaulich: Über einem Quadratmeter Erdboden auf Meereshöhe steht eine Luftsäule, die ein Gewicht von etwa zehn Tonnen erreicht:

    Luftdruck auf Meereshöhe und bei 0°C: 101 325 Pa
  • Normalhöhennull (NHN) zeigt an, dass eine Höhe bezüglich des Meeresspiegels gemessen wurde.
    Beispiel: München liegt etwa auf 520 m ü. NHN, also 520 m über dem Meeresspiegel.
  • Je höher man sich über dem Meeresspiegel befindet, desto geringer ist der Luftdruck. Die Luftsäule, die dann über einem Quadratmeter steht ist kleiner bzw. leichter und erzeugt so weniger Schweredruck.
Druckänderung
Erklärung mithilfe des Teilchenmodells: Bei gleicher Teilchenanzahl gilt für ein abgeschlossenes Gas:
Der Druck steigt bei...
  • kleinerem Volumen. Die Teilchen werden zusammengedrängt und stoßen nun öfter an die Innenflächen.
  • höherer Temperatur. Die Teilchen bewegen sich schneller und stoßen damit öfter and die Innenflächen.
Druck und Siedetemperatur
Steigt der Druck, steigt auch die Siedetemperatur von Wasser und umgekehrt.

Anschauliche Erklärung mithilfe des Teilchenmodells:
Bei höherem Druck müssen sich die Teilchen mit mehr Kraft bzw. schneller bewegen, um sich aus dem Wasser zu lösen.
Teilchenstrom durch Druckunterschied

Druck gleicht sich in einem System stets aus, wenn die Möglichkeit dafür besteht. Der Druckausgleich geschieht durch einen Teilchenstrom vom höheren zum niedrigeren Druck und benötigt dafür eine bestimmte Zeit.

Beispiel: Fahrradreifen:
Im Fahrradschlauch herrscht ein höher Druck als in der Umgebungsluft. Bekommt der Schlauch ein Loch, strömen die zusammengedrängten Luftteilchen aus dem Schlauch nach draußen, bis sich ein gemeinsamer Druck im Schlauch und draußen einstellt.

Beispiel: Wind:
Die Erdatmosphäre erwärmt sich durch die Sonne unterschiedlich stark. Die Luft ist daher an manchen Stellen wärmer als an anderen. Dadurch entstehen Gebiete mit höherem und niedrigerem Druck. Der Druckausgleich in der Atmosphäre findet durch Wind von den Hoch- zu den Tiefdruckgebieten statt.