Skript zur Vorlesung Physik Teil 1 (Sommersemester) und Teil 2 ...

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 51
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
• Kavitation: Bildung von Hohlräumen in Flüssigkeiten bei schnell rotierenden Schrauben (Schiffen) oder
in Ultraschallbädern oder in kochenden Flüssigkeiten. Die Blasen besitzen die potentielle Energie durch
die Oberfläche und Oberflächenspannung, welche durch den Energieeintrag durch die Bewegung bzw.
den Ultraschall erzeugt wird. Durch das erneute Zusammendrücken der Bläschen wird diese Energie
wieder frei, wobei die frei werdende Energie an nur wenige Moleküle abgegeben werden kann. Die führt
zu lokalen Erhitzungen, zu Leuchterscheinungen, chemischen Reaktionen oder Materialabtrag bei den
Schiffsschrauben (Korrosion).
3.1.2 Ruhende Gase
Gase nehmen im Gegensatz zu Flüssigkeiten den ihnen zur Verfügung stehenden Raum vollständig ein.
Die Wechselwirkung der Moleküle untereinander ist um einige Größenordnungen geringer als bei Flüssig-
keiten. Sie besitzen z.B. keine Oberflächenspannung.
Gase üben in einem abgeschlossenen Volumen einen Druck auf die Gefäßwände aus, der gerade den
Druck, der durch die Gefäßwände erzeugt wird, kompensiert.
Dieser Zusammenhang wird im Boyle- Mariottschen Gesetz (ca. 1660) wiedergegeben:
p const m
= . ⋅ , T = const.
V
Die Konstante hängt von der jeweiligen Temperatur und von der Gasart ab. Wenn ein Gas dieses Gesetz
streng erfüllt, wir es ideales Gas genannt.
Es ist m V = ρ die Dichte des Gases, d.h. es gilt auch
p = const. ⋅ ρ,
T = const.
p ⋅ V = const.
s
wobei 1 ρ = V s das spezifische Volumen genannt wird.
Kompressibilität eines idealen Gases bei konstanter Temperatur:
Mit der Definitionsgleichung für die Kompressibilität folgt:
1 1 dV 1
χ = = − =
K V dp p
dV
dp
d ⎛ m⎞
= ⎜c
⋅ ⎟ = −c ⋅ 2 = −
dp ⎝ p ⎠
m V
p p
Die Kompressibilität eines idealen Gases bei konstanter Temperatur hängt nur vom Druck und nicht von der
Gasart ab!
Luftdruck
Analog zum Schweredruck bei Flüssigkeiten übt die Gashülle der Erde durch das Gewicht der Moleküle
einen Druck auf die unteren Schichten aus. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten ist die Dichte der Luft jedoch