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Gase 08:54 min

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Transkript Gase

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um Gase. Als Vorkenntnisse sollte ihr Wissen über Aggregatzustände mitbringen. Vorteilhaft wäre, wenn ihr den dazugehörigen Film angeschaut habt. Ihr solltet wissen, worum es sich bei Atomen, Molekülen und Teilchen im Allgemeinen handelt. Außerdem wäre es schön, wenn ihr den Begriff Druck bereits kennt. Der Begriff Teilchenbewegung sagt euch etwas. Ziel des Videos ist es, euch das grundlegende Wissen, welches ihr in Naturwissenschaft und Technik über Gase braucht zu vermitteln. Das Video habe ich in 7 Abschnitte untergliedert: 1. Druck 2. Normaldruck 3. Quecksilber 4. Ideales Gas 5. Allgemeines Gasgesetz 6. Absoluter Nullpunkt 7. Molvolumen   1. Druck Wenn auf eine Fläche A eine Kraft F wirkt, so kann man eine neue physikalische Größe definieren. P ist der Quotient aus F und A. Man bezeichnet p als Druck. Einen Druck kann man für Feststoffe definieren, genauso wie für Flüssigkeiten, aber auch für Gase. In einem abgeschlossen Gefäß wirken die Teilchen gegen die einzelnen Gefäßwände, im Ergebnis dessen entstehen Kräfte. Als Resultat der Kräfte bilden sich Drücke, wenn somit ein Gas sich in einem geschlossenen Gefäß befindet, so ist in diesem Gefäß immer ein Druck vorhanden. Die Einheit des Druckes ist Newton pro m² (N/m2), man sagt auch Pascal. 105 Pascal werden auch als 1 bar bezeichnet. Der Druck im Gefäß ist proportional zum Quadrat der mittleren kinetischen Energie der Teilchen des Gases. Das Quadrat der mittleren kinetischen Energie der Teilchen ist direkt proportional zur Temperatur des Gases und indirekt proportional zur Masse der Teilchen.   2. Normaldruck Betrachten wir die Atmosphäre, so stellen wir fest, dass dort ein Druck herrscht, man spricht auch vom atmosphärischen Druck oder einfach Luftdruck. Wenn man von Normaldruck spricht, so meint man den atmosphärischen oder Luftdruck, der an der Erdoberfläche herrscht. Die Luftsäule wirkt eine Kraft F auf die Erdoberfläche aus. Im Ergebnis entsteht ein Druck p, p ist hier der Normaldruck. Der Normaldruck entspricht dem Druck einer Quecksilbersäule mit einer Höhe von 760 mm. In der Technik spricht man dann manchmal noch von 1 Atmosphäre, das sind 1,013 bar oder auch 1013 Hektopascal.   3. Quecksilber Das chemische Element Quecksilber mit dem Symbol Hg hat eine sehr hohe Dichte von 13,6 g/cm³. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft Quecksilber für die Druckmessung im Quecksilbermanometer zu verwenden. Im Quecksilbermanometer befindet sich, eine mit Quecksilber befüllte, offene Quecksilberwanne. Auf das Quecksilber drückt der äußere Luftdruck, das Quecksilber in der Wanne ist mit einem Steigrohr verbunden. Im Steigrohr herrscht Vakuum, das heißt, es ist luftleer. Durch den äußeren Luftdruck steigt im Steigrohr das Quecksilber auf eine Höhe, die dem Druck des äußeren Luftdrucks entspricht, das sind etwa 760 mm. So ist es möglich, durch ein einfaches Prinzip den Luftdruck zu bestimmen. Als einer der ersten Wissenschaftler bestimmt Otto von Guericke den Luftdruck. Bei Wasser ist wegen der viel kleineren Dichte im Vergleich zum Quecksilber die Höhe innerhalb der evakuierten Säule viel höher. Sie beträgt etwa 10 m. Nun wird es klar, warum es viel bequemer ist Quecksilber zu verwenden.   4. Ideales Gas Ein Gas besteht aus vielen kleinen Teilchen, die obwohl klein, so doch alle eine bestimmte Form und ein entsprechendes Volumen besitzen. Außerdem gibt es zwischen den einzelnen Teilchen verschiedene Kräfte. Beim idealen Gas geht man davon aus, dass 1. die Teilchen kein Volumen besitzen. Außerdem werden die Kräfte zwischen den einzelnen Teilchen vernachlässigt.   5. Allgemeines Gasgesetz Das allgemeine Gasgesetz lautet p×V=n×R×T. Dabei bedeuten die einzelnen Symbole: p ist der Druck in Pascal, V ist das Volumen im m³, n ist die Stoffmenge in mol, R ist die allgemeine Gaskonstante, sie beträgt 8,31 Pa×m³×mol^-1×K^-1, T ist die absolute Temperatur in Kelvin. Das allgemeine Gasgesetz gilt streng genommen und exakt nur für ideale Gase. Für reale Gase erhält man gute Näherungen, diese sind umso besser je höher die verwendeten Temperaturen und je niedriger die beteiligten Drücke sind.   6. Absoluter Nullpunkt 0 °C auf der Celsiusskala sind 273,15 K auf der Kelvinskala. Vermindern wir die Temperatur bis -273,15 °C, so erhalten wir auf der Kelvinskala 0 K, der absolute Nullpunkt ist erreicht. Wir wollen nun das Volumen eines Gases gegen seine Temperatur auftragen. Bei konstantem Druck ergibt sich eine lineare Abhängigkeit, mehr noch, eine Proportionalität zwischen V und T. Der gestrichelte Bereich gibt den Bereich an, wo wir bei tiefen Temperaturen davon ausgehen, dass es sich um ein ideales Gas handelt. Der Druck sei hier p2, ändern wir den Druck von p2 auf p3, so erhalten wir ebenfalls eine proportionale Abhängigkeit, nur die Steigung ändert sich. Bei dem 3. Druck p1 haben wir ebenfalls eine proportionale Abhängigkeit, nur wieder eine andere Steigung. Man kann sich leicht überlegen, dass hier p3>p2>p1 gelten muss. Interessant ist, dass alle Geraden am absoluten Nullpunkt zusammentreffen, denn dort haben alle Gase ein Volumen von 0.   7. Molvolumen Nehmen wir an, wir haben ein Gas und es liegen sogenannte Normbedingungen vor, das bedeutet, wir haben eine Temperatur von 0 °C und einen Druck von 1,013 bar. Nehmen wir nun an, dass wir ein mol dieses Gases haben, das sind etwa 6,02×1023 Teilchen, in diesem Fall nimmt das Gas ein Volumen von 22,4 l ein, das ist das Molvolumen. Das Molvolumen kann bei manchen Rechnungen, vor allem in der Stöchiometrie vorteilhaft verwendet werden. Ich bedanke mich für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.

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1 Kommentar
  1. Default

    interessantes video

    Von Everdlf, vor fast 3 Jahren