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Physik - UBRM (Subject) / Aggregatzustände (Lesson)
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- Fest Feskörper haben eine Forum- und Volumselastizität. Im Falle einer elastischen Verformung nimmt der Körper nach Entlastung weider seine ursprüngliche Gestalt an. Die Teilchen sind an ihre Gleichgewichtslage gebunden, um welche sie schwingen. Die Anordnung der Teilchen aknn entwerder periodisch (kristallin) oder nicht periodisch (amorph) sein. Festkörper können über 4 Arten gebunden sein: Ionenbindung Kovalente Bindung Metallbindung Wasserstoffbrückenbindung / Van der Waalsche Bindung
- Flüssig Flüssigkeiten beanspruchen ein bestimmtes Volumen, haben jedoch keine bestimmte Gestalt. Eine Formänderung setzt eine Flüssigkeit nur dann Widerstand entgegen, wenn diese Änderung rasch erfolgt. Die Molekülanordnung ist variabel, und die Teilchen sind gegeneinander verschiebbar.
- Gasförmig Gase füllen jeden ihnen zur Verfügung stehenden Raum aus. Zwischenmolekulare Kräfte sind sehr klein. Gase besitzen keine Formelastizität und sind allgemein viel kompressibler als feste und flüssige Körper. Die Dichte von Gasen hängt vom Druck und der Temperatur ab.
- Übergänge von Aggregatzuständen fest → flüssig: schmelzen flüssig → fest: erstarren flüssig → gasförmig: verdampfen gasförmig → flüssig: kondensieren fest ↔ gasförmig: sublimieren
- Änderung des Aggregatzustandes Wenn sich der Aggregatzustand ändert, dann wird Wärmeeneerige zu- oder abgeführt, ohne dass sich die Temperatur erhöht.
- Schmelzen Beim Schmelzen kommt es zu einer Änderung der Ordnung und der potentiellen Energie der Moleküle. Durch das Erhöhen der Schwingungsenergie der Moleküle im Festkörper wird die Bindung aufgebrochen und es kommt zur Verflüssigung. Die zugeführte Wärmeenergie wird zur Auflösung der Anordnung benutzt. Erst wenn der gesamte feste Körper geschmolzen ist, erhöht sich die Temperatur der Flüssigkeit bei weiterer Wärmezufuhr.
- Schmelzenthalpie ΔhSL = Schmelzwärme, Erstarrungswärme, latente Wärme Die notwendige Wärmemenge, um 1 kg eines Stoffes zu schmelzen. Der Umgebungsdruck ist dabei 1 bar. Einheit: J/kg ΔQSL = ΔhSL * m
- Abhängigkeiten der Schmelztemperatur - Erstarrungstemperatur Druck - Schmelzpunkt kann durch äußeren Druck auf den Körper zu höherer Temperatur hin verschoben werden. (und umgekehrt) Kristallisationskeime - Erstarrungstemperatur einer Flüssigkeit muss nicht exakt bei der Schmelztemperatur liegen. Ursache dafür ist, dass für den Übergang von flüssig auf fest Kristallisationskeime erforderlich sind. Zusammensetzung - Wird in einem Stoff ein anderer gelöst, so sinkt der Gefrier- bzw. der Erstarrungspunkt des Lösungsmittels mit zunehmender Konzentration.
- Raoult'sches Gesetz - Schmelztemperatur Wird in einem Stoff ein anderer gelöst, so sinkt die Gefrier- bzw. Erstarrungstemperatur proportional zur Konzentration der Fremdstoffe. ΔT = KKr * n KKr - Kryoskopische Konstante n - Zahl der gelösten Ionen bzw. Moleküle in mol pro kg Lösungsmittel
- Sättigungsdampfdruck Beim Sättigungsdampfdruck herrscht ein Gleichgewicht zwischen den aus der Flüssigkeitsoberfläche austretenden Molekülen und den wieder aufgenommenen. - hängt von der Art des Stoffes und der Zusammensetzung ab. - steigt exponentiell mit steigender Temperatur. - hängt nicht vom Volumen ab.
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- Dalton'sches Gesetz Das Dalton'sche Gesetz besagt, dass der Gesamtdruck eines Gases pGes gleich der Summer aller Partialdrücke pi ist, welche die einzelnen Gase des Gemisches hätten, würden sie den Gesamtraum des Gasgemisches alleine ausfüllen. pGes = ∑pi pi / pGesamt = Ni / NGesamt = ni / nGesamt
- Tripelpunkt Beim sogenannten Tripelpunkt liegen gleichzeitig 3 Phasen vor.
- Kritischer Punkt Oberhalb vom so genannten Kritischen Punkt liegt der Stoff in jedem Fall gasförmig vor. Liegt die Temperatur weit über der kritischen Temperatur, dann verhält sich das Gas wie ein ideales Gas.
- Sieden Führt man einer Flüssigkeit Wärme zu, so steigt die Temperatur und damit der Dampfdruck. Sobald der Dampfdruck den Umgebungsdruck erreicht, beginnt die Flüssigkeit zu sieden.
- Verdampfungsenthalpie ΔhLG = Verdampfungswärme, Kondensationswärme die notwendige Wärmemenge, um 1 kg eines Stoffes zu verdampfen. Einheit: J/kg ΔQLG = ΔhLG * m Die Verdampfungswärme wird zur Überwindung der Molekularkräfte und zur Vergrößerung des Volumens verwendet.
- Abhängigkeiten der Siedetemperatur Umgebungsdruck - bei einem offenen Gefäß tritt sieden dann ein, wenn der Dampfdruck den Atmosphärendruck erreicht. Zusammensetzung - Da gelöste Stoffe in einer Flüssigkeit den Dampfdruck sowohl erniedrigen als auch erhöhen können, beeinflussen sie die Siedetemperatur.
- Raoult'sches Gesetz - Dampfdruckerniedrigung Wird in einem Stoff ein anderer gelöst, so steigt die Siedetemperatur proportional zur Konzentration der Fremdstoffe. ΔT = KEb * n KEb - Ebullioskopische Konstante n - Zahl der gelösten Ionen bzw. Moleküle in mol pro kg Lösungsmittel
- Ebullioskop alkoholhaltiges Getränk wird erhitzt und die Siedetemperatur bestimmt. Über eine geeignete Skalierung kann derart direkt der Alkoholgehalt angezeigt werden. Die ebullioskopische Methode zur Alkoholbestimmung eignet sich gut für die Mesung von zuckerarmen Getränken. Enthält das Getränk viel Zucker, dann vermindert dieser den Dampfdruck und die Messung ist verfälscht.
- Kryoskopie - Ebullioskopie Wenn man kleine Mengen an Fremdsubstanzen bestimmen will, dann ist das oft genauer durch die Messung der Gefrierpunktserniedrigung als durch de Messung der Siedepunkterhöhung möglich.# - kryoskopische Konstanten sind größer -Veränderung des Atmosphärendrucks beeinflusst die Gefriertemperatur kaum -bei hohen Temperaturen wird das Messergebnis bei der Siedetemperatur verfälschen
- Absolute Luftfeuchtigkeit fabs Die absolute Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel Wasserdampf im Einheitsvolumen 1 m3 enthalten ist. fabs = mD / V mD - Masse des Wasserdampfes in der Luft V - Luftvolumen
- Feuchtegrad X gibt an, wie viel Wasserdampf in einem Kilogramm trockener Luft enthalten ist. X = mD / ML ML = Trockenluftmasse
- Relative Luftfeuchtigkeit frel Das Verhältnis von absoluter Luftfeuchtigkeit und der bei dieser Temperatur maximal möglichen absoluten Luftfeuchtigkeit. frel = mD / mmax mmax - maximale absolute Luftfeuchtigkeit bei Temperatur T
- Sättigungsgrad ψ Relativwert für den Feuchtegehalt der Luft im Verhältnis zur maximal aufnehmbaren Feuchte. ψ = X / XS XS - Maximaler Feuchtegrad bei Temperatur T
- Taupunkt Jene Temperatur, bei welcher die Luft bei fest vorgegebener Wasserdampfmenge wasserdampfgesättigt ist. Zur Ausscheidung von Wasser sind aber in jedem Fall Kondensationskeime erforderlich, denn ansonsten kommt es zu einer Übersättigung der Luft.
- Messung der Luftfeuchtigkeit - Sättigungsverfahren Taupunktshygrometer Abkühlung eines Spiegels bis er beschlägt. Daraus bestimmt sich der Taupunkt. Ist zudem die Lufttemperatur bekannt, dann kan die Luftfeuchtigkeit aus dem Mollier Diagramm bestimmt werden.
- Messung der Luftfeuchtigkeit - Verdunstungsverfahren Psychrometer Ein Stück Stoff oder Watte wird mit Wasser befeuchtet. Verdunstung führt aufgrund der Verdunstungskälte zu einer Abkühlung. Je stärker die Verdunstung, umso mehr kühlt der Verdunstungskörper aus und umso größer ist der Unterschied zur Temperatur der Umgebungsluft. Andererseits ist die Verdunstung umso größer, je kleiner die Luftfeuchtigkeit, sodass sich diese bestimmen lässt.
- Mollier Diagramm Das Mollier Diagramm zeigt die unterschiedlichen Zusammenhänge von Temperatur, relativer und absoluter Luftfeuchtigkeit, Wasserdampfdruck usw. Mit ihm lassen sich die Zusammenhänge gut erkennen.