Ideales Gas
Physik
Basiswissen
Eine Modellvorstellung aus der Physik: ein ideales Gas ist aus einfachsten Kugelteilchen gedacht, die zwar Masse haben, aber kein Volumen. Die einzige Wechselwirkung zwischen den Teilchen sind elastische Stöße. Das ist hier kurz erläutert.
Was ist ein ideales Gas?
- Die Teilchen haben eine Masse.
- Die Teilchen eines Gases (Atome, Moleküle) sind von vernachlässigbarer Größe.
- Sie sind ständig in ungeordneter, aber statistisch fassbarer Bewegung.
- Zwischen ihren Zusammenstößen bewegen sie sich gleichförmig und unabhängig voneinander.
- In ihrer Bewegung bevorzugen sie keine Reichtung.
- Die Teilchen üben keine Kräfte aufeinander aus, solange sie sich nicht gegenseitig berühren.
- Zusammenstöße der Teilchen untereinander und mit der Gefäßwand gehorchen dem Gesetz des elastischen Stoßes.
- Bei Kompression oder Ausdehnung gibt es keine Temperaturänderung.
- Die innere Energie eines idealen Gases hängt nur von dessen Temperatur und nicht von seinem Druck ab.[1]
Gibt es ideale Gase?
- Näherungsweise ja.
- Edelgase und dünne Luft verhalten sich in etwa ideal.
- Aber viele Gase, auch dichtere Luft, verhalten sich nicht mehr ideal.
- Insbesondere erwärmen sie sich beim Zusammendrücken (Komprimieren).
- Der Grund sind Kräfte, die zwischen den Gasteilchen auch über einen Abstand hinweg wirken.
Was ist die Maxwell-Boltzmann-Verteilung?
- Im Durchschnitt ist jedes Luftmolekül 500 m/s schnell.
- Es gibt aber auch viele Moleküle, die langsamer oder schneller sind.
- Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung sagt, wie viele Moleküle in welchem Geschwindigkeitsbereich sind.
- Mehr unter Maxwell-Boltzmann-Verteilung ↗
Was ist die Billardkugelwelt?
- Im 19ten und 20ten Jahrhundert versuchte man alle Naturerscheinungen auf die Mechanik zu reduzieren.
- Man wollte die Welt aus wenigen kleinen Teilchen mit wenigen Gesetzen modellieren.
- Das Ideale Gas ist ein Fall, in dem das einigermaßen gut funktionierte.
Was ist das Ideale Gasgesetz?
Ein formelmäßiger Zusammenhang zwischen Druck, Volumen, Temperatur und Stoffmenge eines als ideal gedachten Gases: Luft bei normalen Raumtemperaturen und Umgebungsdrücken, bis hin zu über 200 bar Druck, wird oft als ideales Gas gerechnet. Lies mehr dazu unter ideales Gasgesetz ↗
Was sagt das Gesetz von Boyle-Mariotte?
Dieses Gesetz gilt nur für ideale Gase. Es besagt, dass für eine bestimmte Stoffmenge an Gas (Molzahl) und für eine fest konstante Temperatur Druck und Volumen zueinander umgekehrt proportional sind. Also: ein verdoppelter Druck halbiert das Volumen. Siehe dazu unter Gesetz von Boyle-Mariotte ↗
Was sagt das Gesetz von Gay-Lussac?
Dieses Gesetz gilt nur für ideale Gase. Es besagt, dass für eine bestimmte Stoffmenge an Gas (Molzahl) und für einen festen konstanten Druck das Volumen und die Temperatur proportional zueinander sind. Also: doppelte Temperatur gibt auch das doppelte Volumen. Lies mehr unter Gesetz von Gay-Lussac ↗
Gilt das Gesetz von Joule-Thomson
Als Joule-Thomson-Effekt bezeichnet man die Temperaturänderung eines Gases, wenn es sich ausdehnt oder komprimiert wird: pumpt man Luft stark mit einer Handluftpumpe in einen Fahrradreifen, spürt man eine deutliche Erwärmung der Pumpe. Der Effekt wird verursacht durch Kräfte zwischen den Gasmolekülen. Bei einem idealen Gas werden solche Kräfte aber vernachlässigt. Daher zeigen ideale Gase in der Theorie keine Erwärmung oder Abkühlung bei einer Volumenänderung. Siehe auch Joule-Thomson-Effekt ↗
Fußnoten
- [1] Glossar der Internseite "Thermo bestehen", dort der Eintrag zu "Innere Energie". Abgerufen am 31. Januar 2024. Online: https://www.thermo-bestehen.de/innere-energie
