Luftteilchen

Anschaulich

Basiswissen

Wie kann man sich die Luftteilchen innerhalb eines walnussgroßen Stückes Raum von etwa einem Kubikzentimeter [cm³] vorstellen? Es sind unvorstellbar viele Teilchen, die mit sehr hoher Geschwindigkeit und ständigen Zusammenstößen dort umherfliegen. Das ist hier mit Zahlenwerten kurz vorgestellt.

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Zahlenwerte in der Übersicht^[1]

Bei 0 °C und einem Bar Druck:

Luft in einem Kubikzentimeter^{[1 cm³]}:

20 Trillionen ist die Anzahl ↗

0,00000002 cm ist der durchschnittliche Durchmesser [eines Teilchens] ↗

0,00000000000000000000004 Gramm ist die durchschnittliche Masse [eines Teilchens] ↗

485 m/s ist die durchschnittliche Geschwindigkeit [eines Teilchens] ↗

0,00001 cm oder 0,0000001 Meter ist die durchschnittliche mittlere freie Weglänge ↗

5000000000 oder 5 Milliarden ist die Stoßzahl (Gastheorie) ↗

Die Luftteilchen als 100facher Äquatorgürtel

Ein Kubikzentimeter ist ein Würfel der einen Zentimeter lang, breit und hoch ist. Das ist nicht sonderlich viel. Dennoch: würde man alle Luftteilchen in diesem Kubikzentimeter wie eine Perlenkette aneinander aufreihen, würden sie rund 100 mal die Erde am Äquator umfassen. Man rechnet dazu die Anzahl 20 Trillionen (20000000000000000000) mal dem durchschnittlichen Durchessmesser eines Luftteilchens in Kilometern (0,0000000000002). Das Ergebnis sind 4000000 Kilometer, oder das 100fache vom Erdumfang ↗

Langsame Diffusion

Eine bemerkenswerte Folge hat auch die sehr geringe mittlere freie Weglänge. Ein einzelnes Luftteilchen stößt in einer Sekunde rund 5 Milliarden mal mit anderen Teilchen zusammen. Von einem zum nächsten Stoß kommt es dabei nur etwa 0,0000001 Meter weit. Da das Teilchen nach jedem Stoß in seiner bisherigen Flugrichtung abgebremst oder sogar umgekehrt wird, kommt es von außen gesehen über eine längere Zeit nur sehr langsam in eine bestimmte Richtung vorwärts. Bringt man zwei ruhende Luftmassen in Verbindung, so durchdringen sich die Teilchen deshalb nur sehr langsam. Die Diffusion, das heißt die gegenseitige Durchdringung verschiedener Gase ist deshalb ein sehr langsamer Prozess. Siehe auch Diffusion ↗

Fußnoten

[1] Franz Serafin Exner: Vorlesungen über die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Deuticke, Wien 1919, OBV. Seite 371 bis 373.