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2 Aggregatzustände Fest, flüssig, gasförmig Schmelz -wärme Kondensations -wärme Die Umwandlung von Aggregatzuständen erfordert Energie bzw. setzt Energie frei

3 c Umwandlungswärme Spezifische Umwandlungswärme (J/g) Latente Wärme Molare Umwandlungswärme (J/mol) Beispiel Umwandlungswärme: Ein 250 W Tauchsieder heizt 500 g Eis 5 min lang auf. Wie viel Eis schmilzt dabei? schmelz 334 m 500g; Q W Q m schmelz Q c schmelz t J g ; P t c schmelz schmelz P 5min m 75 kj kj 250W; J g 224 g

4 Übrigens... Auch die Dichte ändert sich bei der Phasenumwandlung: Eis ist leichter als Wasser

5 Dampfdruck Flüssigkeiten verdunsten mit der Zeit: Moleküle lösen sich trotz der Oberflächenspannung. Aufgrund der Umwandlungswärme kühlt sich die Flüssigkeit dabei ab (Energieerhaltung) In einem geschlossenen Raum steigt der Dampfdruck (die Luftfeuchtigkeit) bis zu einem Maximalwert: dem Sättigungsdampfdruck Der Sättigungsdampfdruck ist stark temperaturabhängig. Ist der Sättigungsdampfdruck größer als der Luftdruck, so siedet die Flüssigkeit Auch feste Körper haben einen Dampfdruck (Eis verschwindet bei trockenem kalten Wetter langsam) g Absol.Luftfeuchtigkeit 3 m Menge an Wasserdampf (g) 3 Volumen (m ) (%) rel. Luftfeuchtigkeit Dampfdruck Sättigungsdampfdruck Dampfkochtopf Schmelzpunkt

6 Dampfdruck Wassermoleküle erzeugen Druck Dampfdruck, Luftfeuchtigkeit Wasser oder Eis In einem geschlossenen Raum steigt der Dampfdruck (die Luftfeuchtigkeit) bis zu einem Maximalwert: dem Sättigungsdampfdruck Ist der Sättigungsdampfdruck größer als der Luftdruck, so siedet die Flüssigkeit Dampfkochtopf Schmelzpunkt

7 p p N N s l Dampfdruck von Lösungen Bei einem Lösungsmittel wird durch die gelöste Substanz der Dampfdruck erniedrigt und deshalb erhöht sich die Siedetemperatur und erniedrigt sich die Schmelztemperatur Raoultsche Gesetz: p p N s N + s N relativedampfdruckänderung Anzahlder gelösten Teilchen l Eis Achtung bei Stoffen die dissoziieren! Anzahlder Teilchen im Lösungsmitel Wasser Dampf Salzwasser Logarithmische Skala

8 Eis schmilzt unter Druck

9 Zustandsdiagramme Kritische Daten: Beispiel für Druckabhängigkeit: Eis schmilzt unter Schlittschuhkufen bei Minustemteraturen Logarithmische Skalen! Isothermen (Hyperbeln) Schmelzdruckkurve H 2 O Kritischer Punkt (Flüssigkeitsoberfläche verschwindet) Tripelpunkt (gleichzeitig fest, flüssig, gasförmig) P-V-Diagramm Bei Wasser: K C Definition der Temperatureinh.

10 Thermische Bewegung, Brownsche Bewegung Atome im Festkörper Atome in Gasen und Flüssigkeiten Brownsche Bewegung: Temperatur Maß für mittlere kinetische Energie, die jedes Teilchen bei seiner ungeordneten thermischen Bewegung hat. Gleichverteilungssatz: Jede der drei Raumrichtungen bekommt die gleiche kinetische Energie (für Schwingungen und Rotationen gilt ähnliches) W 1 1 mv 2 k 2 2 kt k Gas Boltzmann-Konstante: R N A J/K

11 Diffusion Moleküle wandern aufgrund ihrer thermischen Bewegung 1. Ficksches Gesetz: dc dx D dc j D dx j Teilchenstromdichte Konzentrationsgradient Diffusionskoeffizient Beispiele: Sauerstoffversorgung von Gewebe durch die Zellwände hindurch, Verteilung von Arzneimitteln im Körpergewebe Π Osmotischer Druck

12 Brownsche Bewegung, Diffusion, Osmose Osmose spielt überall in der Biologie eine große Rolle, z.b. für Innendruck der Zellen, Nieren,... Π n V R Osmotischer Druck Π : Stoffmengenkonz.(mol/V) n V RT Gaskonstante Gleichgewicht der Bewegung der Wassermoleküle nach oben und unten. Zusätzlich oben noch gelöster Stoff. Deshalb oben höherer Druck als unten: osmotischer Druck z.b. Salzwasser Pfeffersche Zelle: Osmotischer Druck Schweredruck: Πρgh semipermeable Wand: nur bestimmte Teilchen (z.b. Wasser) werden durchgelassen. Wasser

13 Wärmeleitungsgleichung: A Φ λ T l Wärmeleitung Φ~ T Φ~A Φ~1/l Wichtige Größen: Wärmestrom ΦdQ/dt pro Zeit transportierte Wärmemenge Q (in J/sW) Wärmeleitfähigkeit λ (in W/(K m); Proportionalitätskonstante) Wärmestromdichte q Φ /A (in W/m 2 ) Temperaturgradient dt/dx: Temperaturzunahme pro Längeneinheit (in K/m): Wärmeleitungsgleichung allgemein: Φ A dt q λ dx

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