Was ist Gasdruck?
Gasteilchen bewegen sich schnell und ohne Pause und stoßen immer wieder gegen die Wände ihres Behälters. Die Kraft eines einzelnen Stoßes ist winzig, aber die Zahl der Stöße ist riesig. Die Kraft all dieser Stöße pro Wandfläche heißt Druck. Die Einheit des Drucks ist das Pascal (Pa). 1 atm sind etwa 101 kPa.
Der Druck eines Gases in einem Behälter hängt von drei Größen ab: der Zahl der Teilchen, der Temperatur und dem Volumen. Dieser Simulator zeigt die Wirkung des Volumens.
Was ist das Gesetz von Boyle-Mariotte?
Wenn die Temperatur und die Gasmenge konstant sind, ist der Druck umgekehrt proportional zum Volumen. Das Produkt aus Druck und Volumen ändert sich nicht:
P1 · V1 = P2 · V2
| Volumen | Druck |
|---|---|
| Durch 2 geteilt | Mit 2 multipliziert |
| Durch 3 geteilt | Mit 3 multipliziert |
| Mit 2 multipliziert | Durch 2 geteilt |
Beispiel. 3 l Gas bei 100 kPa werden ohne Temperaturänderung auf 1 l zusammengedrückt. Wie hoch ist der neue Druck? 100 · 3 = P2 · 1, also P2 = 300 kPa.
Warum ist das so? Die Temperatur ist konstant, also ändert sich die Geschwindigkeit der Teilchen nicht. Aber die Wände sind näher beieinander, deshalb trifft jedes Teilchen öfter auf sie.
Drück den Kolben in der App Nalukh chem
Ändere das Volumen mit einem Schieberegler und beobachte den Druckwert. Dieser Simulator gehört zum vollen Zugang. Der Download ist kostenlos, und 2 Kapitel und 5 Simulatoren sind ohne Anmeldung freigeschaltet.
Wie benutzt du den Simulator?
- Am Anfang sitzt der Kolben am rechten Rand des Behälters, und der Druck zeigt 55.
- Zieh den Schieberegler Volumen nach links. Der Kolben bewegt sich nach links, und das Gas hat weniger Platz.
- Beobachte den Druckwert unter dem Titel. Wenn der Druck steigt, färbt sich der Kolben rot.
- Zieh den Schieberegler zurück nach rechts. Der Kolben geht zurück, und der Druck sinkt.
Der Druck auf dem Bildschirm hat keine Einheit. Er ist eine Zahl zum Vergleichen. Die Zahl der Teilchen und ihre Geschwindigkeit ändern sich nicht, also sind die Bedingungen des Gesetzes von Boyle-Mariotte erfüllt.
Aufgaben für den Simulator
- Zieh den Schieberegler ganz nach links. Wie hoch ist der höchste Druck? Antwort: 157.
- Stell den Druck auf 110 ein. Wo steht der Kolben? Antwort: Genau in der Mitte des Behälters. Das Volumen ist durch 2 geteilt, und der Druck ist 2-mal so hoch wie der Anfangswert 55.
- Nutze das Gesetz von Boyle-Mariotte: Wie viel Prozent seines Anfangsvolumens füllt das Gas bei einem Druck von 157? Antwort: 55 ÷ 157 ≈ 0.35, also 35 %.
Wo wird das Gesetz von Boyle-Mariotte genutzt?
- Luftpumpe. Wenn du den Kolben drückst, sinkt das Luftvolumen im Zylinder und der Druck steigt. Dann strömt die Luft in den Reifen.
- Spritze. Wenn du die Spitze mit dem Finger zuhältst und auf den Kolben drückst, schiebt die zusammengedrückte Luft den Kolben zurück.
- Atmung. Beim Einatmen wird dein Brustraum größer, und der Druck in der Lunge sinkt. Deshalb strömt Luft in die Lunge.
Dieser Simulator zeigt nicht, wie sich der Druck ändert, wenn du ein Gas erhitzt. Nach dem Gesetz von Amontons steigt bei konstantem Volumen der Druck, wenn die Temperatur steigt. Das siehst du im Simulator Gasgesetze.
