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Gasdruck im Teilchenmodell

Druck ist ein Maß für den Widerstand gegen die Verkleinerung des Raumes. Im Teilchenmodell entsteht er durch die Stöße der Atome an den Wänden der abgeschlossenen Box.

1 Einstieg

Warum ein Gymnastikball zurückdrückt

Wer sich auf einen Gymnastikball stellt, drückt ihn ein — aber nur bis zu einem Punkt. Ab da drückt der Ball spürbar zurück.

ohne Kraft Druck wirkt nach außen Kraft

Der Ball wehrt sich gegen das Eindrücken.

  • Kraft:Sie verkleinert den Raum im Ball.
  • Widerstand:Die spürbare Gegenkraft verhindert das weitere Eindrücken.
  • Genau diesen Widerstand nennt man Druck.
Definition Druck
Druck = Widerstand gegen die Verkleinerung des Raumes
Widerstand

Die Gegenkraft, die das weitere Eindrücken verhindert.

Raum

Das Volumen, das die Materie einnimmt.

Materie

Gas, Flüssigkeit oder Festkörper — bei Gasen ist der Effekt am größten.

2 Erklärung

Zustandsgrößen in der abgeschlossenen Box

Die Gasgesetze verknüpfen drei Zustandsgrößen eines Gases.

  • Zustandsgrößen:Temperatur T, Druck p und Volumen V.
  • Gilt für jedes Gas:Luft, Wasserdampf, Helium — die Gesetze sind dieselben.
TTemperatur TMaß für die mittlere Bewegungsenergie der Teilchen.
pDruck pDie auf eine Fläche wirkende Kraft. Entsteht durch die Stöße der Atome an den Seitenflächen.
VVolumen VDas Volumen der „Box“ in m³.

Voraussetzung ist eine abgeschlossene Box.

  • Feste Gasmenge:Es darf kein Gas hinein- oder herausströmen.
  • Box:Ein dicht verschlossenes Gefäß mit dem Volumen V.
Abgeschlossene Box Gas-Atome

Stoßzähler an der Wand

Die Gas-Atome fliegen frei umher. Jedes Mal, wenn eines die rechte Wand trifft, gibt es einen kleinen Stoß — die Summe dieser Stöße ist der Druck. Teilchenzahl und Boxbreite bestimmen, wie oft es dazu kommt.

Teilchenzähler
Abgeschlossene Box mit Gas-Atomen; rechts eine Wand, an der die Stöße gezählt werden Messwand
Stöße auf die Messwand 0 pro Sekunde
Je mehr Stöße pro Sekunde, desto größer der Druck.

Der Zähler misst nichts anderes als den Druck: Mehr Teilchen oder eine kleinere Box heißt mehr Stöße pro Sekunde auf dieselbe Wand — und genau das spürt man als höheren Druck.

Was passiert mit dem Gas, wenn sich …

  • (i) … der Druck in der Box ändert?
  • (ii) … das Volumen in der Box ändert?
  • (iii) … die Temperatur in der Box ändert?
  • Regel:Eine Zustandsgröße wird immer konstant gehalten.
  • Methode:Wir untersuchen das in einem digitalen Experiment.
3 Hinweise

Worauf du achten musst

Druck ist keine Kraft

Die Kraft ist die Ursache, der Druck die Reaktion darauf.

Die Box muss dicht sein

Die Gasgesetze gelten nur für eine feste Gasmenge. Entweicht Gas, gilt keines der Gesetze mehr.

Stöße statt Druckstoff

Es gibt keinen „Stoff Druck“. Druck ist nur die Wirkung vieler kleiner Stöße auf die Wand.

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