Wissenstest, Kinetische Theorie der Wärme

In der kinetischen Theorie der Wärme erfolgt die Beschreibung des Verhaltens von Gasen mit solchen Größen wie Teilchenzahl, mittlere Geschwindigkeit und mittlere kinetische Energie. Diese Teilchengrößen sind unmittelbar mit makroskopisch messbaren Größen wie dem Druck und der Temperatur verbunden. Der Test zeigt Ihnen, ob sie Grundaussagen und Zusammenhänge dieses Gegenstandsbereichs der Physik verstanden haben.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Kinetische Theorie der Wärmer".

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Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Wissenstest, Kinetische Theorie der Wärme." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/wissenstest-kinetische-theorie-der-waerme (Abgerufen: 03. May 2025, 12:19 UTC)

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Anzahl und Abmessungen von Atomen

Feste, flüssige und gasförmige Stoffe bestehen aus Atomen bzw. Molekülen. Deren Existenz war lange umstritten und konnte erst sicher am Anfang des 20. Jahrhunderts nachgewiesen werden. Die Anzahl von Atomen je Mol beträgt $6,022 \cdot 10^{23}$ (AVOGADRO-Konstante). Damit sind in einem Gramm eines Stoffes ca. $10^{22}$ Atome enthalten. Die Masse von Atomen liegt zwischen $10^{- 27} {kg und 10}^{-24} kg$ , der Radius von Atomen in der Größenordnung von $10^{- 10} m$ und der Kernradius bei $10^{15} m .$ Aus ihm ergibt sich die Dichte der Kernmaterie, die für alle Atomkerne annähernd gleich groß ist und einen Wert von $1,8 \cdot 10^{17} \frac{kg}{m^{3}} = 1,8 \cdot 10^{14} \frac{g}{{cm}^{3}}$ hat. Die Abmessungen von Atomen können in unterschiedlicher Weise bestimmt werden. Im Beitrag sind Möglichkeiten dafür angegeben.

Ludwig Boltzmann

* 20.02.1844 Wien
† 05.09.1906 Duino bei Triest (Italien)

Er war ein österreichischer Physiker, der zu den Begründern der klassischen statistischen Physik zählt. Insbesondere beschäftigte er sich mit der Geschwindigkeits- und Energieverteilung von Molekülen sowie mit der statistischen Deutung physikalischer Zusammenhänge, insbesondere des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik. Darüber hinaus war er einer der Hauptvertreter der Atomistik. Seinen Namen tragen heute z.B. die sogenannte BOLTZMANN-Konstante k, das Strahlungsgesetz von STEFAN und BOLTZMANN oder die MAXWELL-BOLTZMANN-Verteilung bei Gasmolekülen.

Grundgleichung der kinetischen Gastheorie

Teilchengrößen wie die Teilchenanzahl, die Geschwindigkeit der Teilchen oder ihre kinetische Energie sind eng mit solchen Größen wie Volumen, Druck und Temperatur verbunden. Die Zusammenhänge lassen sich aus kinetisch-statistischer Sicht herleiten und führen zur sogenannten Grundgleichung der kinetischen Gastheorie, die man in unterschiedlicher Form angeben kann, beispielsweise folgendermaßen:

$\begin{array}{l} p \cdot V = \frac{2}{3} \cdot N \cdot {\bar{E}}_{kin} \\ p \cdot V = N \cdot k \cdot T \\ p \cdot V = \frac{1}{3} \cdot N \cdot m \cdot \bar{v^{2}} \end{array}$

Die Interpretation dieser Grundgleichung in ihren verschiedenen Formulierungen führt zu wichtigen Zusammenhängen zwischen Zustandsgrößen eines thermodynamischen Systems und Teilchengrößen.

Räumliche Verteilung von Teilchen

Gegenstand der kinetischen Gastheorie ist die Betrachtung thermodynamischer Prozesse auf der Grundlage von Teilchengrößen, wie der Teilchenanzahl, ihrer Geschwindigkeit und ihrer Energie. Von Interesse ist auch die räumliche Verteilung von Teilchen eines Gases in verschiedenen Raumbereichen eines abgeschlossenen Systems. Bei einer hinreichend großen Anzahl von Teilchen ist für ein abgeschlossenes System die Gleichverteilung die wahrscheinlichste räumliche Anordnung. Es können aber auch statistische Schwankungen auftreten, die sich z.B. in Dichteunterschieden bemerkbar machen.

Zustandsgleichung für das ideale Gas

Zwischen Druck p, Volumen V und absoluter Temperatur T des idealen Gases besteht folgender Zusammenhang:

$\frac{p \cdot V}{T} = konstant oder \frac{p_{1} \cdot V_{1}}{T_{1}} = \frac{p_{2} \cdot V_{2}}{T_{2}}$

Für ein reales Gas ist die Zustandsgleichung anwendbar, wenn sich dieses näherungsweise wie das ideale Gas verhält. Das ist für fast alle Gase bei Zimmertemperatur der Fall.

Bezieht man die Gaskonstanten und andere Konstanten mit ein, so kann man die allgemeine Zustandsgleichung auch noch in weiteren Formen schreiben.

Wissenstest, Kinetische Theorie der Wärme

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