Physikalische Grundlagen: Impuls, Gase & Thermodynamik

Impuls und Impulserhaltung

Impuls

Impuls: Das Produkt aus Kraft und der Zeit, in der sie auf einen Körper einwirkt.

Momentum (Linearer Impuls)

Momentum: Das Produkt aus der Masse eines Körpers und seiner Geschwindigkeit. Es ist eine Vektorgröße mit Intensität, Richtung und Sinn.

Impuls-Momentum-Theorem

Der Impuls einer Kraft, die über ein Zeitintervall auf einen Körper einwirkt, ist gleich der Änderung des Impulses dieses Körpers in diesem Zeitintervall.

Erhaltung des Impulses

In einem System von Körpern, das von äußeren Kräften isoliert ist, bleibt der Gesamtimpuls konstant.

Ideale Gase

Eigenschaften idealer Gase

Ideale Gase bestehen aus Teilchen (Atomen oder Molekülen), die sich mit konstanter Translationsbewegung bewegen. Der Abstand zwischen ihnen ist groß. Aufgrund dieser Bewegungen kollidieren die Gasmoleküle miteinander, was den Innendruck des Gases bestimmt. Dieser Druck nimmt tendenziell ab, wenn das Volumen zunimmt, da die Anzahl der Kollisionen reduziert wird und der Abstand zwischen den Teilchen des idealen Gases zunimmt. Ein ideales Gas weist keine Wechselwirkungen zwischen den Molekülen auf, außer bei Kollisionen.

Reale Gase im Vergleich

Ein reales Gas ähnelt einem idealen Gas, wenn seine Temperatur höher und der Druck geringer ist.

Thermodynamische Transformationen

Thermodynamische Transformationen sind Zustandsänderungen, die aufgrund der Änderung von Zustandsvariablen auftreten:

• Isotherme Transformation

  Findet bei konstanter Temperatur statt.

• Isobare Transformation

  Findet bei konstantem Druck statt.

• Isochore (Isometrische) Transformation

  Findet bei konstantem Volumen statt.

• Adiabatische Transformation

  Findet ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung statt.

Wichtige Gasgesetze

Boyle-Mariotte-Gesetz

Regelt isotherme Transformationen idealer Gase, d.h. solche, die bei konstanter Temperatur stattfinden. „Bei einer isothermen Transformation ist der Druck eines Gases umgekehrt proportional zum von ihm eingenommenen Volumen.“

Gay-Lussac-Gesetz

Regelt isobare Transformationen eines idealen Gases, d.h. solche, die bei konstantem Druck stattfinden. „Bei einer isobaren Transformation ist das von einer Gasmasse eingenommene Volumen proportional zur Temperatur.“

Charles-Gesetz

Regelt isochore oder isometrische Transformationen eines idealen Gases, d.h. solche, die bei konstantem Volumen durchgeführt werden. „Bei einer isochoren Transformation ist der Druck eines Gases proportional zur Temperatur.“