Hallo!
Warum kühlen sich Gase eigendlich ab,wenn der Druck sinkt?
Gibt es dafür eine Erklärung auf atomarer Ebene?
Hallo!
Warum kühlen sich Gase eigendlich ab,wenn der Druck sinkt?
Gibt es dafür eine Erklärung auf atomarer Ebene?
Hi!
Hmm… geringerer Druck heißt „mehr Platz“ für die Moleküle, die stoßen nicht nehr so soft aneinander, kälter heißt ja auch weniger Energie enthaltend.
nur mal so ins blaue gedacht…
Moin,
Hmm… geringerer Druck heißt „mehr Platz“ für die Moleküle,
die stoßen nicht nehr so soft aneinander, kälter heißt ja auch
weniger Energie enthaltend.
nur mal so ins blaue gedacht…
Ich glaube, so einfach ist das nicht. Temperatur ist doch, soweit ich weiß, ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen. Nach der Volumenänderung muß der Gesamtimpuls aller Gasteilchen noch der gleiche sein (Impulserhaltungssatz), nur könnte sich die Verteilung der Geschwindigkeiten geändert haben. Da die Kin.Energie mit dem Quadrat der Geschw. steigt, kann sich dadurch auch die Temperatur ändern. Allerdings hab ich genau da ein Problem: bei hohem Druck, nehme ich an, ist die Geschwindigkeit eher gleichverteilt als bei niedrigem Druck. Dann müßte aber die Temperatur mit abnehmendem Druck zunehmen… (Bsp: Zwei Teilchem mit m[1]=m[2]=1 und v[1]=v[2]=4 also mit E=0.5mv² auch E[1]=E[2]=8, Summe (als Maß für die Tempartur) E[1]+E[2]=16. Maximal ungleichverteilte Impulse bzw. Geschwindigkeiten: v[1]=8; v[2]=0 -> E[1]=32; E[2]=0; E[1]+E[2]=32, also viermal so viel wie vorher).
Ich habs also auch nicht verstanden und würde mich über eine Aufklärung freuen.
Grüße
Jochen
Hallo JoJo!
Also, du meinst sicher Ausdehnung („Expansion“) eines Gases ohne Wärmaustausch mit der Umgebung (das nennt man dann „adiabat“). Da müssen wir nochmal 2 Fälle unterscheiden:
a) Expansion in Vakuum:
Dabei wir z.B. ein Ventil zwischen einem gasgefüllten Gefäß und einem leeren Gefäß aufgemacht. Das Gas verteilt sich dann auf das Gesamtvolumen. Bei diesem Vorgang ändert sich die Temperatur eines Gases nicht, wenn man es als IDEALES GAS getrachten kann. Das ist für viele Gase (mit nicht zu großer Dichte) ein gutes Modell.
Erklärung: Das Gas verrichtet keine Arbeit, es findet kein Wärmaustauch statt, also bleibt die sog. „innere Energie“ konstant und damit auch die Temperatur!
Wenn mann es genauer untersucht, dann ändert sich die Temperatur eines REALEN Gases doch (kann fallen, manchmal aber auch steigen). Das liegt dann an den doch vohandenen (kleinen) Kräften zwischen den Atomen, die beim Ausdehnen überwunden werden müssen! Das wird übrigens z.B. bei der Luftverflüssigung ausgenutzt.
b) Expansion „gegen eine äußere Kraft“
Dabei schiebt das Gas bei der Ausdehnung z.B. einen Kolben weg. Jetzt verrichtet das Gas bei der Ausdehung Arbeit , damit sinkt die innere Energie und die Temperatur.
Mikroskopische Beschreibung: Wenn die Atome an einer ruhenden Wand elastisch abprallen, ändert sich ihre Energie nicht. Wenn sich die Wand aber wegbewegt, dann haben Sie nach dem Stoß eine kleinere Energie. Das kann man prima mit einem Tischtennisball + Schläger ausprobieren (Schläger nach hinten bewegen, wenn der Ball kommt).
Auf diese Weise verlieren die Atome beim Stoß mit der (bewegten Wand) einen Teil ihrer kinetische Energie. Folge: Die Temperatur sinkt!
Hoffe, ich konnte helfen!
Gruss kr
Hallo auch!
Zu den theoretischen Erwägungen hast Du ja schon kompetente Antworten gekriegt. Daher nur noch eine kleine Ergänzung:
Bei realen Gasen funktioniert die Abkühlung durch Expansion nur, wenn die Gase bei Beginn der Abkühlung bereits unterhalb einer stoffspezifischen Temperatur liegen. Dies ist die sogenannte Inversionstemperatur. Sie liegt bei fast allen Gasen weit oberhalb der Raumtemperatur, so daß der Effekt wie beschrieben eintritt.
Bei Neon, Wasserstoff und Helium liegt dieser Wert aber unter 0 °C, und daher beobachtest Du beim Ausdehnen dieser Gase bei normalen Umgebungsbedingungen eine Erhitzung statt einmer Abkühlung.
Dieser Effekt kann z.B. beim Ausströmen von Wasserstoff aus einer Hochdruckflasche Ärger bereiten, da dieses Gas sehr leicht entzündlich ist.
Gruß Kubi
Hallo!
Danke an alle, ich glaub ich habs kapiert.
Zwei Fragen hab ich noch:
1.Kann es sein, dass die Abkühlung bei Ausdehnung ins Vakuum bei realen Gasen der "Joule-Thompson-Effekt"ist?
2.Wie groß ist dieser Effekt und gibt es ihn immer?
Grüße
Jojo
Hallo JoJo!
Zu 1: Ja , das ist der Joule-Thomson Effekt!
Zu 2: … kommt drauf an! Temp.-Änderung kann negativ oder positv sein ( siehe auch Antwort von Kubi!) und hängt von der Gasart und von der Ausgangstemperatur ab , liegt so im Bereich einiger Kelvin pro MPa (Z.B. CO2: 7,5 K/Mpa)
Gruss kr
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