Ruhende Gase

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Victoria Baumann
vor 5 Jahren
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1 Ruhende Gase

2 Ruhende Gase Druck breitet sich in Gasen genauso wie in Flüssigkeiten gleichmäßig nach allen Seiten aus. Druck ist eine skalare Größe, ein Vektor entsteht erst dann, wenn aus dem Druck eine Kraft abgeleitet wird. Druck berechnet sich aus den Quotienten von Kraft und der zur Kraftrichtung senkrecht stehenden Fläche. Druck Die SI-Einheit des Druckes ist das Pascal Für höhere Drücke wird die SI-konforme Einheit bar verwendet

Evangelista Torrcelli Torricelli stellte die Behauptung auf, dass die Flüssigkeit nicht vom Vakuum hinauf gesogen wird, sondern von der Last der Luftsäule hinauf

3 Evangelista Torrcelli Torricelli stellte die Behauptung auf, dass die Flüssigkeit nicht vom Vakuum hinauf gesogen wird, sondern von der Last der Luftsäule hinauf gedrückt wird. Diese Vermutung war durchaus umstritten. Evangelista Torricelli Descartes schrieb, Vakuum sei allenfalls in Torricellis Kopf anzutreffen.

4 10 m Wassersäule 11 m 10 m

Höhe über dem Erdboden in km Druck in Gasen Der in der Atmosphäre gemessene Luftdruck hängt genau wie bei Flüssigkeiten von der Höhe der darüberlegenden Luftsäule ab.

5 Höhe über dem Erdboden in km Druck in Gasen Der in der Atmosphäre gemessene Luftdruck hängt genau wie bei Flüssigkeiten von der Höhe der darüberlegenden Luftsäule ab. Zusätzlich wirkt sich aus, dass die Luft kompressibel ist. Die Dichte der Luft nimmt mit zunehmender Bodennähe zu. Es gilt die Barometrische Höhenformel ,2 0,4 0,6 0,8 1 Luftdruck in bar

~ 760 mm Messung des Luftdrucks Mit Hilfe des Quecksilberbarometers kann der Luftdruck direkt gemessen werden. Ein einseitig geschlossenes U-Rohr ist dazu mit Quecksilber gefüllt.

6 ~ 760 mm Messung des Luftdrucks Mit Hilfe des Quecksilberbarometers kann der Luftdruck direkt gemessen werden. Ein einseitig geschlossenes U-Rohr ist dazu mit Quecksilber gefüllt. Der Schweredruck der Quecksilbersäule und der Schweredruck / Luftdruck der Luftsäule bilden ein Gleichgewicht. Schwankende Luftdrücke werden von der Höhe der Quecksilbersäule direkt angezeigt Vakuum Schweredruck der Quecksilbersäule Luftdruck

Durch den wechselnden Luftdruck wird das Dosenpaket unterschiedlich stark zusammengedrückt.

7 Messung des Luftdrucks Zur Messung des Luftdrucks werden heutzutage Dosen-Barometer / Aneroid-Barometer eingesetzt. Es besteht aus einer luftleeren elastischen Dose bzw. Dosenpaket aus Dünnblech. Durch den wechselnden Luftdruck wird das Dosenpaket unterschiedlich stark zusammengedrückt. Das Maß der Verformung wird von Gelenkarmen auf einen Zeiger übertragen. Der Zeigerausschlag muss kalibriert werden. Das Dosenpaket ist luftleer, damit Temperaturschwankungen sich nicht auswirken. Dosenbarometer

Vorrausetzung für den Befüllvorgang von Feldspritzen oder die Nutzung von Bewässerungsanlagen Die geodätische Saughöhe ( h geo ) ist die Höhe zwischen der Oberfläche vom saugseitigen

8 Vorrausetzung für den Befüllvorgang von Feldspritzen oder die Nutzung von Bewässerungsanlagen Die geodätische Saughöhe ( h geo ) ist die Höhe zwischen der Oberfläche vom saugseitigen Flüssigkeitsspiegel und der Mitte des Laufrads (Pumpeneingang) bei der Pumpe. Pumpe Die maximale Saughöhe lässt sich mit der hydostatischen Grundgleichung berechnen: p 1 = ρ g h [ h ] Geodätische Saughöhe umgestellt h = p 1 ρ g Geodätische Saughöhe mit ρ : Dichte der Flüssigkeit : für Wasser = 1000 kg / 3 m g : Erdbeschleunigung : g = 9,81 m / s² p 1 : Luftdruck der auf die Flüssigkeitssäule wirkt : p 1 = 1013,2 10² Pa in Meereshöhe ergibt sich 1013,2 10 h = 2 Pa 1000 kg/ 3 m 9,81 m / s ² = 10,33 m 1 Pa = 1 N / m 2 1 N = 1 kgm / s 2

9 Geodätische Saughöhe In großen Höhen oder bei fallendem Luftdruck sinkt der Formel entsprechend die maximale geodätische Saughöhe. Ferner ist zu beachten, dass bei allen Pumpen schon vor Erreichen der theoretischen maximalensaughöhe Kavitationsprobleme entstehen. Vermindernt wirkt sich auch die Dampfbildung aus. Praktisch beträgt die maximale Saughöhe ca. 7-7,50 m h prakt. = h theor. η η = 0,7 0,75

Messung des Luftdrucks Der Mensch hat kein Sinnesorgan zur Wahrnehmung des Luftdrucks. Lediglich kurzeitig wirkende starke Luftdruckschwankungen wie z.b.

10 Messung des Luftdrucks Der Mensch hat kein Sinnesorgan zur Wahrnehmung des Luftdrucks. Lediglich kurzeitig wirkende starke Luftdruckschwankungen wie z.b. im Fahrstuhl oder bei der Landung von Flugzeugen machen sich als Druckgefühl im Mittelohr bemerkbar, solange bis es zu einem Druckausgleich über die Eustachi -Röhre kommt. 1: Schädel 2: äußerer Gehörgang 3: Ohrmuschel 4: Trommelfell 5: fenestra ovalis 6: Hammer 7: Amboss 8: Steigbügel 9: Labyrinth 10: Schnecke (Cochlea) 11: Hörnerv 12: Eustachi-Röhre Quelle: Wikipedia.org Iain, SVG conversion byuser:surachit

11 Versuch 1 Luftdruck Lunge P a P i

12 Magdeburger Halbkugeln Otto von Guericke wies 1663 den Luftdruck mit den Magdeburger Halbkugeln nachweisen. Der Innenraum von zwei dicht aneinander liegenden halben Hohlkugeln wurde luftleer gepumpt. Zwei entgegengesetzt ziehende Pferdegespanne konnten die halben Hohlkugeln nicht voneinander trennen.

13 16.1 Magdeburger Halbkugeln Quelle: Youtube

14 Versuch 2 Magdeburger Halbkugeln

15 Versuch 3 Luftdruck und Schweredruck des Wassers Umgedrehtes Wasserglas bekannte Werte Füllhöhe des Wasserglas h = 10 cm Durchmesser des Wasserglases d = 6 cm zu berechnende Werte Schweredruck des Wassers p w =? Kraft des Wassers auf die Karte F w =? Kraft der Luft auf die Karte F L =?

Versuch 4 Luftdruck und Schweredruck des Wassers Tischtennisball im Trichter bekannte Werte Durchmesser Trichteröffnung Durchmesser Tischtennisball Masse des

16 Versuch 4 Luftdruck und Schweredruck des Wassers Tischtennisball im Trichter bekannte Werte Durchmesser Trichteröffnung Durchmesser Tischtennisball Masse des Tischtennisballes d = 2,5 cm d = 4 cm m = 2,5 g zu berechnende Werte Wasserkraft auf den Tischtennisball F W =? Füllhöhe des Wassers, bei der der Tischtennisball abhebt h =?

17 Versuch 4 Luftdruck und Schweredruck des Wassers Durchmesser Ball Radius Öffnung Masse Ball d = 54 mm r = 11 mm m = 5 g Bei welcher Höhe h des Wassers löst sich der Ball von der Öffnung? h

18 Versuch 5 Druckgefälle

19 Versuch 6 Druckgefälle

Dichte der Luft Das mit Luft gefüllte Gefäß befindet sich auf der Balkenwaage gegenüber der Waagschale und dem Gewichtstück im Gleichgewicht.

20 Dichte der Luft Das mit Luft gefüllte Gefäß befindet sich auf der Balkenwaage gegenüber der Waagschale und dem Gewichtstück im Gleichgewicht. Durch Absaugen einer bestimmten Luftmenge wird das Gefäß leichter und die Waagschlage mit dem Gewichtstück sinkt ab. Die abgesaugte Luftmenge wird durch nachlaufendes Wasser aus einer Schale ersetzt. Folgende Messwerte werden ermittelt: Masse der verminderten Luftmenge Volumen des nachgelaufenen Wassers Dichte der Luft Messwerte d.h.: Die Dichte der Luft beträgt

21 Versuch 7 Dichte der Luft

22 Zustandsgleichung der Gase Der Zustand eines Gases wird durch das Verhältnis der Größen Druck p, Temperatur T und Volumen V beschrieben. Es gilt die Gleichung p : Druck V : Volumen T : absolute Temperatur in K In Verbindung mit einer in einem Gefäß eingeschlossenen Gasmenge der Masse m sowie der Gaskonstanten R ergibt sich Zustandsgleichung des idealen Gases m : Masse der eingeschlossenen Gasmenge R : Gaskonstante

Gesetz von Boyle- Mariotte Sonderfall der Zustandsgleichung der Gase T 1 = T 2 Das Gesetz von Boyle-Mariotte besagt, dass der Druck idealer Gase bei gleichbleibender Temperatur umgekehrt propotional

23 Gesetz von Boyle- Mariotte Sonderfall der Zustandsgleichung der Gase T 1 = T 2 Das Gesetz von Boyle-Mariotte besagt, dass der Druck idealer Gase bei gleichbleibender Temperatur umgekehrt propotional zum Volumen ist. Erhöht man den Druck auf ein Gaspaket, wird durch den erhöhten Druck das Volumen verkleinert, verringert man den Druck, dehnt es sich aus. Das Produkt aus Druck und Volumen eines Gases bleibt auch bei veränderter Behältergröße konstant.

Ein Gas dehnt sich also bei Erwärmung aus, bei Abkühlung zieht es sich zusammen.

24 Gesetz von Gay - Lussac Sonderfall der Zustandsgleichung der Gase p 1 = p 2 Das Gesetz von Gay-Lussac besagt, dass das Volumen idealer Gase bei gleichbleibendem Druck direkt proportional zur Temperatur ist. Ein Gas dehnt sich also bei Erwärmung aus, bei Abkühlung zieht es sich zusammen. absolute Temperatur in K Gesetz von Gay Lussac T : Das allgemeine Gesetz lautet mit absolute Tiefsttemperatur oder Nullpunkt der Temperatur

25 Gesetz von Amontons Sonderfall der Zustandsgleichung der Gase V 1 = V 2 Das Gesetz von Amontons besagt, dass der Druck idealer Gase bei gleichbleibendem Volumen direkt proportional zur Temperatur ist. Bei einer Erwärmung des Gases erhöht sich also der Druck und bei einer Abkühlung wird er geringer. Gesetz von Amontons T : absolute Temperatur in K

26 Versuch 8 Siedepunktverschiebung

Quelle: Profi 10/2013 Vorteile - Weniger Leistungsbedarf - Einsparung von Kraftstoff - Weniger

27 Drücke in Reifen Eine Reifendruck-Regelanlage sorgt dafür, dass der Reifendruck an den Bedarf niedriger Druck auf Acker und hoher Druck auf der Straße angepasst wird. Quelle: Profi 10/2013 Vorteile - Weniger Leistungsbedarf - Einsparung von Kraftstoff - Weniger Bodenverdichtungen Zugleistungsbedarf: 110 KW bei 1 bar Luftdruck und 155kW bei 4 bar Quelle: Volk ; Fachhochschule Südwestfalen

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