Kinetische Gastheorie
Modell
Basiswissen
Gas als Kugelwelt gedacht: die kinetische Gastheorie ist ein Teilchenmodell: Gase werden aus kleinsten Teilchen modelliert, die keine innere Struktur benötigen um alle das Verhalten des Gesamtsymstems zu erklären. Da wird hier näher erläutert.s
Was ist die kinetische Gastheorie?
- Ein spezielles statistisches Teilchenmodell für Gase.
- Aus dieser Modellvorstellung kann man messbare Dinge wie Druck, Dichte und Temperatur vorhersagen.
Was sind die Grundannahmen?
- Die Teilchen eines Gases (Atome, Moleküle) sind von vernachlässigbarer Größe.
- Sie sind ständig in ungeordneter, aber statistisch fassbarer Bewegung.
- Zwischen ihren Zusammenstößen bewegen sie sich gleichförmig und unabhängig voneinander.
- In ihrer Bewegung bevorzugen sie keine Richtung.
- Die Teilchen üben keine Kräfte aufeinander aus, solange sie sich nicht gegenseitig berühren.[2]
- Zusammenstöße der Teilchen untereinander und mit der Gefäßwand gehorchen dem Gesetz des elastischen Stoßes.[2]
- Siehe auch Billardkugelwelt ↗
Was sind typische Zahlengrößen?
In einem Kubikzentimeter [cm³] Luft befinden sich rund 20 Trillionen Luftteilchen. Jedes dieser Teilchen ist im Durchschnitt rund 485 m/s schnell und kommt nur 0,00001 cm weit zwischen zwei Zusammenstößen[1]. Lies mehr dazu unter Luftteilchen ↗
Was ist das ideale Gas?
- Ein Gas, das ganz auf den obigen Annahmen gedacht wird heißt ideal.
- Ideal meint hier soviel wie: nur gedacht, nicht unbedingt wirklich.
- Ein ideales Gas wird beim Zusammendrücken nicht wärmer.
- Siehe auch ideales Gas ↗
Gibt es ideale Gase?
- Näherungsweise ja.
- Edelgase und dünne Luft verhalten sich in etwa ideal.
- Aber viele Gase, auch dichtere Luft, verhalten sich nicht mehr ideal.
- Insbesondere erwärmen sie sich beim Zusammendrücken (Komprimieren).
- Der Grund sind Kräfte, die zwischen den Gasteilchen auch über einen Abstand hinweg wirken.
- Siehe auch reales Gas ↗
Fußnoten
- [1] Franz Serafin Exner: Vorlesungen über die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Deuticke, Wien 1919, OBV. Seite 372. Siehe auch Grundlagen der Naturwissenschaften (Exner) ↗
- [2] Ludwig Boltzmann, einer der Mitbegründer der kinetischen Gastheorie, beschreibt ein einfaches Billard-Kugel-Modell für Gase: "Wir wollen da zuerst einen thunlichst einfachen Körper der Betrachtung unterziehen, nämlich ein von festen absolut elastischen Wänden eingeschlossenes Gas, dessen Moleküle harte, absolut elastische Kugeln sind. Oder Kraftcentra, welche nur, wenn ihre Entfernung kleiner als eine gewisse Grösse geworden ist, nach einem übrigens beliebigen Gesetze, sonst aber gar nicht auf einander
- [3] Ludwig Boltzmann bezeichnet die kinetische Gastheorie auch als "mechanische Wärmetheorie". In: Ludwig Boltzmann: Über die Beziehung zwischen dem zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie und der Wahrscheinlichkeitsrechnung respektive den Sätzen über das Wärmegleichgewicht. In: Sitzungsber. d. k. Akad. der Wissenschaften zu Wien II 76, S. 428 (1877). Nachdruck in Wissenschaftliche Abhandlungen von Ludwig Boltzmann, Band II., S. 164–223.
