Physik

Luftfeuchtigkeit

Die Luftfeuchtigkeit gibt den Anteil an Wasserdampf in der Luft an. Bei Regen ist die Atmosphäre sehr feucht, da viel Wasserdampf in der Luft enthalten ist. Umgekehrt ist die Luft trocken, wenn der Wasserdampfgehalt sehr gering ist. Der Anteil an Wasserdampf in der Luft wird durch die relative Luftfeuchtigkeit ausgedrückt.

Die relative Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis des Wasserdampfpartialdrucks zum Sättigungsdampfdruck von Wasser bei einer bestimmten Temperatur (Wasserdampf ist Wasserdampf). Die relative Luftfeuchtigkeit wird in Prozent angegeben und mathematisch wie folgt formuliert:

Rundfunk

Bei genauer Betrachtung ist der Rauch der Verbrennung zunächst sichtbar. Nach einer Weile ist er verschwunden. Kennen Sie das? Selbst wenn Sie Parfüm im Raum versprühen, können auch Menschen außerhalb des Hauses den Duft wahrnehmen. Wenn die Mutter in der Küche ein leckeres und appetitliches Essen zubereitet, ist der Duft sogar bis zum Nachbarn zu riechen. Woran liegt das?

Es gibt viele weitere Beispiele. Gibt man ein paar Tropfen Tinte in ein Glas mit klarem Wasser, verteilt sich die Tinte oder Lebensmittelfarbe gleichmäßig. Das geschieht automatisch. Einige dieser Beispiele sind Diffusionsvorgänge, die wir häufig im Alltag beobachten. Diffusion ist der Prozess, bei dem Stoffe von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration transportiert werden. Konzentration bezeichnet die Anzahl der Moleküle/Mole eines Stoffes pro Volumeneinheit. Ein Bereich hoher Konzentration ist ein Bereich, in dem sich viele Moleküle eines Stoffes pro Volumeneinheit befinden. Umgekehrt sind Bereiche niedriger Konzentration ein Bereich, in dem sich wenige Moleküle pro Volumeneinheit befinden.

Innere Energie eines idealen Gases

Energie in einem einatomigen idealen Gas

Die Energie eines einatomigen idealen Gases entspricht der gesamten translatorischen kinetischen Energie seiner Moleküle. Die gesamte translatorische kinetische Energie der Moleküle entspricht dem Produkt aus der durchschnittlichen translatorischen kinetischen Energie jedes Moleküls und der Anzahl der Moleküle (N). Mathematisch ausgedrückt:

Satz der Gleichverteilung der Energie

Der Energiegleichverteilungssatz wurde von Clerk Maxwell mithilfe der statistischen Mechanik theoretisch hergeleitet. Er wird als Satz bezeichnet, da es keinen experimentellen Beweis gibt. Energiegleichverteilung bedeutet die gleichmäßige Verteilung von Energie.

KE = durchschnittliche translatorische kinetische Energie der Gasteilchen (Joule)

k = Boltzmann-Konstante = 1.38 x 10 ^-23 J/K

T = absolute Temperatur des idealen Gasmoleküls (Kelvin)

Mittlere kinetische Energie der Gase

Neben dem Druck ist die Temperatur (T) eine der Größen, die den makroskopischen Charakter eines Gases beschreiben. Gleichung für den Gasdruck:

Mittlere kinetische Energie von Gasen 1

Kinetische Theorie der Gase

Die kinetische Gastheorie besagt, dass jeder Stoff aus Atomen oder Molekülen besteht und dass sich diese Atome oder Moleküle kontinuierlich und unbeweglich bewegen. Diese Annahme der kinetischen Theorie entspricht der Situation und dem Zustand der Atome oder Moleküle in einem Gas. Die Anziehungskräfte zwischen den Atomen oder Molekülen eines Gases sind schwach, sodass sich diese frei bewegen können.

Boyles Gesetz, Charles' Gesetz, Gay-Lussacs Gesetz

Artikel Boyles Gesetz, Charles' Gesetz, Gay-Lussac'sches Gesetz

Boyles Gesetz

Robert Boyle (1627–1691) führte Experimente durch, um den quantitativen Zusammenhang zwischen Gasdruck und -volumen zu untersuchen. Dazu füllte er eine bestimmte Menge Gas in einen geschlossenen Behälter. Mit zunehmender Genauigkeit stellte er fest, dass bei konstanter Gastemperatur das Gasvolumen mit steigendem Gasdruck abnimmt. Umgekehrt nimmt das Gasvolumen mit sinkendem Gasdruck zu. Der Gasdruck ist also umgekehrt proportional zum Gasvolumen. Dieser Zusammenhang ist als Boyle-Mariotte-Gesetz bekannt. Mathematisch ausgedrückt:

Das ideale Gasgesetz

Die Gasgesetze von Boyle, Charles und Gay-Lussac sind nicht auf alle Gaszustände anwendbar, was unsere Analyse erschwert. Daher wird das Modell des idealen Gases eingeführt. Ideale Gase existieren im Alltag nicht; das ideale Gas ist jedoch die perfekte Lösung, um die Analyse zu vereinfachen. Die Existenz dieses Konzepts hilft uns auch sehr, den Zusammenhang zwischen den drei Gasgesetzen zu verstehen.

Der Zusammenhang zwischen Temperatur, Volumen und Gasdruck

Unter Bezugnahme auf die drei oben genannten Gasgesetze können wir eine allgemeinere Beziehung zwischen Temperatur, Volumen und Gasdruck ableiten.

Entropie

Die spezifische Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik kann nicht alle irreversiblen Prozesse beschreiben, daher benötigen wir eine allgemeine Formulierung. Diese allgemeine Formulierung soll alle im Universum ablaufenden irreversiblen Prozesse erklären. Die allgemeine Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik wurde Mitte des 19. Jahrhunderts mithilfe der Entropie (S) formuliert. Die Entropie wurde erstmals von Clausius eingeführt und aus dem Carnot-Zyklus (einer idealen Wärmekraftmaschine) abgeleitet. Laut Clausius erfährt ein System Entropieänderungen, wenn es bei konstanter Temperatur zusätzliche Wärme (Q) aufnimmt. Dies wird durch die folgende Gleichung dargestellt:

Leistungszahl der Kühlmaschine

Artikel über den Leistungskoeffizienten der Kühlmaschine

Eine Kühlmaschine ist eine Maschine, die Wärme von einem Ort niedriger Temperatur aufnimmt und sie dann an einen Ort hoher Temperatur abgibt. Damit dieser Prozess stattfinden kann, muss die Maschine Arbeit verrichten, da Wärme naturgemäß von hohen zu niedrigen Temperaturen fließt. Dies geht aus der Aussage von Clausius hervor:

Eine Kühlmaschine kann ohne Arbeit keine Wärme von einem Ort niedriger Temperatur zu einem Ort hoher Temperatur transportieren (Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik – Clausius-Aussage).

Die Maschine leistet Arbeit (W), um Wärme von niedriger Temperatur (Q _L) auf hohe Temperatur (Q _H) zu übertragen. Aufgrund der Energieerhaltung gilt: Q _L+ W = Q _H.