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

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Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 63
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
kT
Nm
m
K K −23
2 2⋅ 138 , ⋅10 ⋅273
1
= =
−27
⋅ ⋅ = 403
28 ⋅166 , ⋅10
kg
M
m
⇒ v = 113 , ⋅ vw
= 455
s
m
⇒ vm = 122 , ⋅ vw
= 491
s
Die mittlere freie Weglänge berechnet sich mit einem Moleküldurchmesser von etwa 2*10 -10 m dann zu:
l =
−
1 k ⋅ T 1 138 ⋅10 ⋅ 273 1
=
2
2 ⋅ ⋅ d p 10
2 ⋅ ⋅ 2⋅10 1013 ⋅10
m
2
23
,
π π
,
M
Die mittlere Stoßzeit beträgt dann
l 209 ⋅10
Δt = =
v 491
m
−9
m s
m
− ( )
−12
= 426 ⋅ 10 s = 426ps
m
s
5 2
2
N⋅ m m
K
K N
1
Oder die Zahl der Stöße eines Moleküls pro Sekunde: Z = = 2 35 ⋅10
t s
1 9
,
Δ
4.4 Die Hauptsätze der Thermodynamik
4.4.1 Wärme und Innere Energie
−9
= 209 ⋅ 10 m = 209nm
Aus der kinetische Gastheorie folgt, dass die Temperatur ein Maß für die mittlere kinetische Energie der
Moleküle darstellt. Werden zwei Körper miteinander in Kontakt gebracht, so lässt sich empirisch feststellen,
dass sich ihre Temperatur angleicht. Ein Teil der kinetischen Energie wird von Körper 1 (Abkühlung) auf
Körper 2 (Erwärmung) übertragen. Diese Energieübertragung wird als Wärme bezeichnet.
Wärme:
• Maß für die Übertragung von Energie
• Der Wärmeübergang geschieht stets irreversibel in Richtung der geringeren Temperatur.
• Bei Phasenumwandlungen wird die Energie dazu benutzt, einen anderen Aggregatzustand einzunehmen
(latente Wärmen)
• Eine Zufuhr von Wärme führt stets zu einer Temperaturerhöhung
In kleinen Temperaturintervallen ist die Zufuhr von Wärme proportional zur Temperaturerhöhung des Kör-
pers, d.h. es gilt:
dQ = C ⋅ dT
Da Wärme eine Energieform ist, hat Q die Einheit J. Die Proportionalitätskonstante C [J/K] ist die Wärme-
kapazität eines Stoffes. C hängt von der Stoffart und der Masse des Stoffes ab.
Es gelten die folgenden Definitionen: