29.10.2008 - Physik (Uni Würzburg)
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Physik für Mediziner im 1. Fachsemester #9 29/10/2008 Vladimir Dyakonov [email protected] Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Brownsche Molekularbewegung Der englische Botaniker Robert Brown (1773 - 1858) entdeckt 1827, dass sich Pollenkörner unter dem Mikroskop in ruhigem Wasser (Suspension) bewegen. • • kleine Körner bewegen sich mehr als große Bewegung nimmt mit höherer Temperatur zu Theoretische Erklärung der Brownschen Molekularbewegung durch Albert Einstein (1905). Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Diffusion Auf Grund der Geschwindigkeitsverteilung durchmischen sich verschiedenartige Substanzen. Sie diffundieren ineinander, wodurch z.B. Dichteunterschiede ausgeglichen werden. NA NB Die anfänglich vorhandene scharfe Trennungslinie verwischt sich mit der Zeit Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Temperatur und Bewegung Temperatur T ist nur ein anderes Maß für die mittlere kinetische Energie der Moleküle im betreffenden Körper !!! Definition der Temperatur : E kin 1 2 3 = mv = kT 2 2 m = Masse der Moleküle v2 = quadratisch gemittelte Geschwindigkeit der Moleküle k = Boltzmannkonstante; k = 1.381·10-23 J/K T = Temperatur in K (Kelvin) ! Aus Definitionsgleichung folgt: Existenz eines absoluten Nullpunkts der Temperatur, d.h. Ekin und T sind Null Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Wärme und Molekularbewegung 1. Thermische Bewegung einzelner (Gas-)Moleküle ist völlig zufällig und unabhängig, ohne dass eine makroskopische Gesamtbewegung entsteht 2. Wärmeenergie ist kinetische Energie Ekin dieser ungeordneten Molekülbewegung, d.h. Wärme ist eine Form mechanischer Energie (kinetische Gastheorie) 3. Mittlere Energie ist für alle Teilchen gleich, unabhängig von ihrer Masse (M langsam, m schnell) 4. Temperatur ist ein lineares Maß für den Mittelwert dieser Energie Messgröße: Temperatur (Begriff der Temperatur aus dem Wärmeempfinden) Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Thermische Expansion Die meisten Substanzen dehnen sich bei Erwärmung aus. Die Ausdehnung wird durch den thermischen Expansionskoeffizienten α beschrieben. "L = #L0"T T0 ! T0 +ΔL L0 L0 +ΔL Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Thermische Expansion "L = #L0"T ! Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Bimetall Thermoschalter: Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Thermisches Gleichgewicht • Soll die Temperatur geändert werden, so muss dem System Wärme (kinetische Energie) zugeführt oder entzogen werden. • Die dabei benötigte Wärmemenge ΔQ hängt von der Masse m, der stofflichen Zusammensetzung und von der Temperaturänderung ΔT ab. • Bringt man zwei Körper mit unterschiedlicher Temperatur in Kontakt, so nehmen sie nach einiger Zeit die gleiche Temperatur an. Der anfangs wärmere Körper kühlt sich ab und der anfangs kältere Körper wärmt sich auf. Beide Körper sind dann im thermischen Gleichgewicht. Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI
