Druck in eingeschlossenen Gasen
Eingeschlossene Gase erzeugen einen gleichmäßigen Druck in einem Behälter. Gasdruck entsteht durch Teilchenstöße und wird mit der Formel (p = \frac{F}{A}) berechnet. Erfahre mehr über Druckeinheiten, Manometer und Druckveränderungen. Interessiert? Entdecke Übungen und Aufgabenblätter zum Thema Gasdruck!

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Druck in eingeschlossenen Gasen Übung
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Nenne die richtigen Aussagen zum Druck am Beispiel des Fußballs.
TippsÜberlege dir, wie schwer ein Fußball ist und wie er sich beim Spielen verhält.
LösungAußen besteht der klassische Fußball aus 32 Panels, davon sind zwölf schwarze Fünfecke und 20 weiße Sechsecke. Die schwarzen Fünfecke sind jeweils von fünf weißen Sechsecken umgeben und jedes Sechseck hat Kontakt zu drei schwarzen Fünfecken und drei weißen Sechsecken. Heutzutage werden aber häufig neue Verbundmaterialien in anderen Formen benutzt.
Wir sehen an jedem Fußball ein Ventil, dieses ist mit der im Inneren befindlichen Kunststoffblase verbunden. In dieser befindet sich Luft mit einem leichten Überdruck. Durch diese luftgefüllte Kunststoffblase behält der Fußball seine Form.
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Gib zu den Ursachen die Wirkungen an.
TippsStelle dir vor, du bist eines der vielen Teilchen im Körper und könntest dich immer nur mit einer festen Geschwindigkeit bewegen.
Es muss hier zwischen einem abgeschlossen und einem offenen System unterschieden werden.
LösungIn jedem Hohlkörper gibt es Teilchen, die immer in Bewegung sind und miteinander sowie mit den Gefäßwänden kollidieren. Durch die Kollisionen mit der Gefäßwand wird der Druck bewirkt.
Wenn nun das Volumen eines Körpers von außen geändert wird, müssen die Teilchen darauf reagieren. Zunächst wird es dadurch immer zu einem Teilchenaustausch mit der Umgebung kommen. Nur wenn dies nicht möglich ist, steigt der Druck im Körper an, solange das Volumen geändert wird.
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Erkläre das Messen des Druckes.
TippsWas besitzt jedes nicht digitale Messgerät?
LösungDas Messen eines Luftdruckes ist sehr komplex und deshalb haben sich viele Menschen damit auseinandergesetzt. Leider gibt es daher auch eine sehr große Anzahl an Einheiten für den Druck. Insgesamt gibt es 45 unterschiedliche Einheiten.
Davon sind Atmosphären [atm], Bar [bar], Pascal [Pa], Millimeter Quecksilbersäule [mmHg] und Torr [Torr] die bekanntesten.
Alle beschreiben ein bestimmtes Verhältnis von $\frac{N}{m^2}$.
Sie lassen sich nach diesem Schema umrechnen:
1 atm = 760 Torr = 760 mmHg = 1013 hPa = 1,013 bar
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Berechne die Auflagefläche der Reifen.
TippsDruck ist immer Kraft pro Auflagefläche.
1 m² = 10.000 cm²
LösungGegeben: $g = 9,81 \frac{N}{kg}$,$~~~~$$p=\frac{F_G}{A_{Quer}}$,$~~~~$$m_{Auto}=1000\,kg$,$~~~~$$m_{Person}=60\,kg$,$~~~~$$m_{Fahrrad}=10\,kg$,$~~~~$$p_{Autoreifen}=2,6\,bar$,$~~~~$$p_{Fahrradreifen}=6\,bar$
Gesucht: $A_{Auto}$ und $A_{Fahrrad}$
Um die Auflagefläche zu berechnen, müssen wir zunächst die Gleichungen nach $A{Quer}$ umstellen.
$A_{Quer}=\frac{F_G}{p}=\frac{m \cdot g}{p}$
Dann können wir die Werte einsetzen:
$A_{Auto}=\frac{1300\,kg\,\cdot\,9,81\,\frac{N}{kg}}{2,6\,\cdot\,10^5\,\frac{N}{m^2}}=0,0490\,m^2= 490,50\,cm^2$
$A_{Fahrrad}=\frac{70\,kg\,\cdot\,9,81\,\frac{N}{kg}}{6\,\cdot\,10^5\,\frac{N}{m^2}}=0,001145\,m^2= 11,45\,cm^2$
Für jeden Reifen gibt es passend für sein Einsatzgebiet einen Richtwert für den Innendruck. Dieser Druckwert wird nach Kriterien der Fahrsicherheit und des Treibstoffverbrauchs bestimmt.
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Nenne Objekte, bei denen sich der Gasdruck ändern kann.
TippsBei der Betrachtung des Druckes geht es um Hohlkörper.
LösungDie meisten Dinge unseres Alltages haben etwas mit Druck zu tun. Sobald wir eine der Größen Temperatur oder Volumen verändern, ändern wir auch den Druck. Auch sind wir meistens vom Luftdruck umgeben. Also betrifft uns das Thema Druck eigentlich immer, auch wenn wir nichts davon merken.
Normaldruck am Boden ist 101.3 kPa. Das bedeutet, dass auf jeden Quadratmeter Boden eine Kraft von insgesamt 101300 N einwirkt. Das ist dieselbe Kraft, die 10130 kg bewirken würden.
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Erkläre den Ablauf in einem Motor.
TippsDie Kolbenbewegungen sind immer im Wechsel.
Es liegen sowohl geschlossene Systeme als auch offene vor.
LösungIn einem Motor arbeiten immer mehrere Zylinder jeweils um einen Takt versetzt. Je nach benötigter Motorleistung sind dies drei bis zwölf Zylinder.
Das Volumen des Verbrennungsraumes aller Zylinder wird auch als Hubraum bezeichnet, da sich in diesem Raum der Kolben hebt und senkt. Durch das versetzte Arbeiten der Kolben in den jeweiligen Zylindern, ist immer ein Zylinder im Arbeitstakt und erzeugt so die Arbeit für die anderen Zylinder. Alle Zylinder sind über die Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden und übertragen so die Kraft des Motors auf die Achse. Die Ein- und Auslassventile werden wiederum über die Nockenwelle gesteuert. Zudem muss der Zylinder durch Wasser gekühlt werden, da die Hitze beim Arbeitstakt sonst den Motor schädigen würde. Zudem wird Öl als Schmiermittel benötigt.
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