Die absolute Temperatur
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Physik – Klasse9 Temperatur Seite:1 Die absolute Temperatur 1) Was ist Temperatur? Die Temperatur ist eine physikalische Größe. Wie jede physikalische Größe besteht auch die Temperatur aus einem Zahlenwert und einer Einheit. Wir gebrauchen den Begriff der Temperatur bei physikalischen Vorgängen, die mit der Erwärmung oder Abkühlung eines Körpers zusammenhängen. Die Temperatur beschreibt den Wärmezustand eines Körpers. Je größer die Energie der Atome und Moleküle eines Körpers ist, desto höher ist seine Temperatur. Die Temperatur misst man mit einem Thermometer. Es gibt viele Arten von Thermometern. Aus dem Haushalt sind uns die Flüssigkeitsthermometer, bei denen als Flüssigkeit Quecksilber oder Alkohol benutzt werden. Zur Angabe von Temperaturwerten und Temperaturdifferenzen braucht man Temperaturskalen. Dies kann erreicht werden, wenn man zwei Festpunkte in gleiche Teile teilt. Dies kann man machen, da die Ausdehnung der benutzten Stoffe (Quecksilber, Alkohol) linear ist. Bei der Celsius-Temperaturskala ist der untere Festpunkt (diesen Punkt beziffern wir mit 0C ) der Schmelzpunkt des Eises, der obere Festpunkt ist der Siedepunkt des Wassers 100C. Wir finden dafür auch häufig andere Begriffe in der Fachliteratur. - Nullpunkt (0C), Eispunkt, Gefrierpunkt, - (100C), Dampfpunkt. Bei ......... bewegen sich die Teilchen schneller. Bei ........ verringert sich die Energie der Teilchen. Die kinetische Energie der Teilchen vergrößert sich, wenn man einen Körper ........... Dabei ........ die Temperatur. Wenn man einen Körper abkühlt, so ............ die kinetische Energie der Teilchen. Die Temperatur ......... steigen, Erwärmung, Abkühlung, erwärmen, sich verringern, fallen, 2) Eine Aufgabe Als erstes wollen wir die Aufgabe Nr.5 auf Seite 42 des deutschen Lehrbuches bearbeiten. Sie lautet: Welches Volumen hat 1 kmol Gas bei einer Temperatur von -100C und einem Druck von 100 N/cm˛? Was wurde gegeben? Welche bestimmte Gasmenge betrachten wir? Wie groß ist der Druck in Pa umgerechnet? Erkennst Du, dass wir eine negative Temperatur haben? 75885954.doc angefertigt Norbert Burmeister 1995.III.08 konvertiert: 2003.X1.16 Physik – Klasse9 Temperatur Seite:2 Nun kann gerechnet werden. 3) Eine Graphik Nun wollen, wir die lineare Funktion von Volumen und Temperatur in einem Diagramm darstellen. Das könnte ungefähr so aussehen: V in m3 40 30 20 10 -273 0 -200 73 -100 173 0 273 100 373 200 473 o C K Es bedeutet, das der absolute Nullpunkt der Temperatur bei -273,15C liegt. Dies ist aus der Graphik ablesbar. Nun ist das in der Natur nicht so einfach, denn die Gase nehmen vorher den flüssigen Aggregatzustand ein. Zudem würde bei dieser Darstellung auch das Volumen unseres Gases verschwinden. Wir halten also fest: Der absolute Nullpunkt ist unerreichbar! Wir können uns dieser Temperatur nur nähern. Wir führen eine neue Temperaturskala ein, wo der Nullpunkt mit dem absoluten Nullpunkt identisch ist. Diese wird zu Ehren des englischen Physikers Kelvin (Formelzeichen T, Einheit Kelvin [1K], nach ihm benannt. Die Einteilung zwischen den Messwerten auf der Temperaturskala erfolgt wie bei der Celsiusskala, dass heißt die Skalenweite ist gleich. Somit lässt sich eine Umrechnung wie folgt aufschreiben: T = t + 273, bzw. t = T - 273 . In unseren vorherigen Betrachtungen lautete das I. GayLusacce-sche Gesetz. V V = V o + o t , wenn wir jetzt die Temperatur einsetzen erhalten wir : 273 V V = V o + o (T - 273) , wir lösen die Klammern auf und erhalten : 273 V V V = V o + o T - o 273 , so ist unser Ergebnis : 273 273 V V = o T , mit T = 0K als absoluter Nullpunkt. 273 75885954.doc angefertigt Norbert Burmeister 1995.III.08 konvertiert: 2003.X1.16 Physik – Klasse9 Temperatur Seite:3 In der neuen Schreibweise lautet das Gesetz jetzt: V V = o T Gay-Lussacce I 273 Bei einer Menge von 1 kmol und konstantem Druck ist die Volumenzunahme (das Verhältnis von Normvolumen und 273 Kelvin) bestimmbar. 22,4 m3/kmol : 273 K = 0,082 m3 /kmolK Kontrollieren wir die Hausaufgaben der letzten Woche. Hier nun eine neue Möglichkeit die Physik zu Hause zu üben: S. 44 Nr. 2 Das Volumen einer Gasmenge mit einer bestimmten Masse beträgt bei 50C 400 cm3. Bei welcher Temperatur beträgt ihr Volumen 300 cm3 (bei unverändertem Druck)? S. 44 Nr. 3 Das Volumen von Helium beträgt bei 54,6C und einem Druck von 10 N/cm˛ 134,4 3 cm . Welche Masse hat das Helium? Und noch eine Aufgabe zum Überlegen. Beweise, dass die folgenden Aussagen äquivalent sind: V V V V = o T <=====> 1 = 2 273 T1 T2 Eventuell hilft es bei den Hausaufgaben. Lösungen der Hausaufgaben: S. 44 Nr. 2 geg.: t = 50 C T1 = 323 K V1 = 400 cm3 T2 = 300 cm3 ges.: T2 Lösung: V1 V2 = T1 T2 T 1 V 2 T2= V1 323K 300 cm3 = T2 400 cm3 T 2 = 142,25K 75885954.doc angefertigt Norbert Burmeister 1995.III.08 konvertiert: 2003.X1.16 Physik – Klasse9 Temperatur Seite:4 Die Temperatur beträgt 242,25 K. Das sind umgerechnet ungefähr -30C. S. 44 Nr. 3 geg.: t = 54,6C p = 10 N/cm˛ = 105Pa V = 134,4 cm3 ges.: mHe Lösung: Da wir die Dichte des Heliums nur bei 0C dem Tafelwerk entnehmen können, müssen wir zuerst das Volumen auf diese Temperatur umrechnen. V1 V2 = T1 T2 V1 V 2 = T 2 T1 134,4 cm3 = 273K V2 327,6K 3 V 2 = 112 cm = m He V2 m He = V 2 g 112 cm3 3 cm m He = 0,019992g m He = 0,000178 Die Gasmenge enthält 0,019992 g Helium. 75885954.doc angefertigt Norbert Burmeister 1995.III.08 konvertiert: 2003.X1.16
