Modellversuch zur kinetischen Gastheorie W3.1

Modellversuch zur kinetischen Gastheorie Nue W3.1
Kurzbeschreibung
In einem abgeschlossenen Volumen werden Metallkugeln (D ca.
4mm) durch Vibration eines Rütteltisches und durch Stöße
untereinander in regelose Bewegung gebracht, um auf diese Weise
als makroskopisches Modell für ein ideales Gas zu dienen. Mit diesem
Versuch kann das Zustandekommen des Druckes eines Gases als
Impulsübertrag auf die Gefäßwände veranschaulicht werden. Durch
Erhöhen der Vibrationsfrequenz simuliert man eine
Temperaturerhöhung.
Stückliste / Schaltplan
Pos. Teile Nr. Standort
1 Motor mit Getriebe 73.10.01 1/357/.../...
2 Modell kinetische Gastheorie 31.38.01 1/357/.../...
3 Tischklemme
4 Reagenzglas mit Kugeln

Modellversuch zur kinetischen Gastheorie Nue W3.1
Detailbeschreibung
Die Atome / Moleküle eines Gases oder einer Flüssigkeit werden in diesem Modell-experiment durch
Kugeln verschiedener Sorten ersetzt. Eine Bodenplatte eines ab-geschlossenen Volumens wird über ein
Exzenter in Vibration versetzt. Die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen ist durch die Frequenz der
Vibration variierbar (in der Hersteller-Dokumentation ist bezüglich der Temperatur-Frequenz-
Entsprechung ein Fehler: Geschwindigkeit ist proportional zur Frequenz, kinetische Energie ist proportional
zu v² und damit zum Quadrat der Frequenz, damit ist die Temperatur propor-tional zum Quadrat
der Frequenz) .
Quantitative Experimente sind aus Zeitgründen nicht zu empfehlen. Folgende Ver-suchsvarianten sind
möglich: a.) pV/T ist konstant bei konstanter Teilchenzahl; bei Frequenzerhöhung wird der Kolben
gegen sein Eigengewicht nach oben verscho-ben. Dabei werden allerdings auch die
Schwankungserscheinungen wegen der nie-drigen Teilchenzahl deutlich. Das Modellgas dehnt sich aus
(~ 300 Kugeln, 4mm, Stahl oder Glas, 0....1500 U/min) b.) Brown'sche Molekularbewegung : 1-2
größere Kugeln aus Holz oder Stanniol werden in die Kammer mit ca. 400 Kugeln gebracht. c.)
Verdampfung: bei langsamer Steigerung der Frequenz stellt man fest, daß im-mer mehr Teilchen den
dichteren Bereich am Boden der Kammer verlassen und
ins Gasvolumen darüber "entkommen". d.) Diffusion: Zweierlei Kugelsorten aus
Glas und Stahl werden zunächst in zwei Schichten in die Kammer gefüllt. Mit "Er-höhung der
Temperatur" beobachtet man die fortschreitende Durchmischung.
e.) Barometrische Höhenformel: Hierzu muß seitlich ein Schieber montiert sein,
der das Gasvolumen in 6 Höhenabschnitte unterteilt. Zunächst stellt man eine Frequenz so ein, daß
auch in den obersten Bereichen einige wenige Teilchen ge-langen (lassen Sie sich nicht von der
Lautstärke abschrecken!); der Schieber muß schlagartig in das Kammervolumen geschoben werden, um
die Kugeln in ihren jeweiligen Höhenbereichen "einzufrieren". Qualitativ läßt sich sehr schön eine
Teilchenzahl
nz ( ) exp( az)
erkennen.
Ein Auszählen der Kugeln ist wenig erhellend.
ZUSÄTZLICH SIEHE AUCH SIMULATIONSPROGRAMM ALBERT
Bemerkungen
hohe Lautstärke !
Weitere Dokumente
Broschüre Fa. Phylatex (1976) / Sexl, Raab, Streeruwitz; Das
mechanische Universum Band 1, (1990), 192 / Feynman,
Vorlesungen über Physik, BAnd I, (1991) 543 / Bohrmann, Physik
für Ingenieure, (1993) 584 / Pohl; Mechanik, Akustik u.
Wärmelehre, (1969), 127 u. 286 ff / Bergmann, Schäfer; Band I,
Mechanik, Akustik und Wärme, (1970) 640 / Physik-Simulation
ALBERT: Das ideale Gas