Über dieses Experiment
Untersuche den Zusammenhang zwischen Druck und Volumen eines idealen Gases in einem Zylinder. Bewege im Modus mit konstanter Temperatur den Kolben, um eine Isotherme nachzuzeichnen. Wechsle in den Modus mit konstantem Volumen, um das Gas entlang einer senkrechten Linie im Druck-Volumen-Diagramm zu erwärmen oder abzukühlen. Die Punkte veranschaulichen schematisch die Gasmenge; es handelt sich um eine Gleichgewichtsberechnung und nicht um eine Simulation molekularer Zusammenstöße.
Lernziele
- Wende die ideale Gasgleichung mit einheitlichen Druck- und Volumeneinheiten an
- Überprüfe das Boyle’sche Gesetz bei konstanter Temperatur und Gasmenge
- Vergleiche isotherme Änderungen und Änderungen bei konstantem Volumen in einem Druck-Volumen-Diagramm
Anleitung
- 1Lies den Druck bei 20 L für 300 K und 1 mol ab.
- 2Halbiere im Modus mit konstanter Temperatur das Volumen und vergleiche den Druck und das PV-Produkt.
- 3Wechsle in den Modus mit konstantem Volumen. Verdopple die Temperatur und vergleiche P/T.
- 4Ändere die Gasmenge, während Volumen und Temperatur konstant bleiben. Sage das Druckverhältnis voraus und überprüfe es.
Das Modell
Annahmen
- Das Gas ist ideal; das Molekülvolumen ist vernachlässigbar und es wirken keine intermolekularen Kräfte.
- Jeder angezeigte Zustand befindet sich im gleichförmigen thermischen und mechanischen Gleichgewicht. Vorübergehende Erwärmung und die Beschleunigung des Kolbens werden vernachlässigt.
- Der Druck ist absolut, die Temperatur wird in Kelvin angegeben, und 1 kPa·L entspricht 1 J.
- Durch Ändern der Gasmenge wird ein neuer Gleichgewichtszustand zum Vergleich ausgewählt; ein Einspritzvorgang wird dadurch nicht simuliert.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Welchen Druck sollte 1 mol bei 300 K in einem 20-L-Behälter ausüben?
- Q2Warum muss die Temperatur in Kelvin gemessen werden, wenn man Druckverhältnisse vergleicht?
- Q3Welcher Prozess wird im Druck-Volumen-Diagramm durch einen vertikalen Verlauf dargestellt, und warum?
Häufig gestellte Fragen
Warum steigt der Druck, wenn das Volumen abnimmt?
Bei konstanter Temperatur und Gasmenge ergibt die ideale Gasgleichung P = nRT/V. Eine Halbierung des Volumens verdoppelt daher den Druck.
Warum kann nur einer der Schieberegler für Temperatur und Volumen bewegt werden?
Der ausgewählte Prozess hält eine Variable konstant. Beim Wechsel des Prozesses bleibt der aktuelle Gleichgewichtszustand erhalten, während sich ändert, welche Variable angepasst werden kann.