Gesetz von Gay-Lussac (Charles) – isobarer Gasversuch
PhysikWärmelehre und GaseAlter 17–18Virtuelles Labor
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Als Nächstes in Wärmelehre und Gase
Eine Luftsäule ist in einem dünnen Glasrohr durch einen Quecksilbertropfen eingeschlossen; das Rohr steht in einem Becherglas mit Wasser, das erhitzt oder gekühlt wird. Der Quecksilbertropfen verschiebt sich von selbst, sodass der Gasdruck konstant bleibt; die Lernenden lesen Temperatur und Volumen ab, füllen eine Messwerttabelle aus und zeichnen V über t. Verlängert man die Gerade durch die Messpunkte, schneidet sie die Temperaturachse bei etwa −273 °C (0 K), während V/T stets konstant bleibt.
Lektion: Gesetz von Gay-Lussac (isobare Zustandsänderung)
Was sie zeigt
Das Gesetz von Gay-Lussac (englisch Charles's law) besagt: Bei konstantem Druck ist das Volumen einer festen Gasmenge proportional zur absoluten Temperatur, V/T = konstant. Hier kann sich der Druck nicht ändern, weil der Quecksilbertropfen frei gleitet; die eingeschlossene Luft trägt immer den Luftdruck plus das Gewicht des Tropfens. Das Diagramm von V über der Celsius-Temperatur ist eine Gerade; bis zum Volumen null verlängert, schneidet sie die Temperaturachse bei etwa −273 °C. Daraus ergeben sich die Kelvin-Skala und der Begriff des absoluten Nullpunkts.
So funktioniert es
Stellen Sie Gasvolumen bei Anfangstemperatur und Anfangstemperatur des Wassers ein und klicken Sie auf Heizen (oder Kühlen, um Eis zuzugeben). Immer wenn sich die Temperatur um etwa 10 °C geändert hat, klicken Sie auf Messwert speichern; die Tabelle rechnet jeden Wert in Kelvin um und berechnet V/T. Nach fünf oder sechs Messungen klicken Sie auf Heizplatte aus und werten das Diagramm aus: Mit Graph bis 0 K verlängern sehen Sie, wo die Gerade die Temperaturachse schneidet. Mit Tabelle leeren wiederholen Sie den Versuch mit einem anderen Anfangsvolumen.
Einstellbare Parameter
- Gasvolumen bei Anfangstemperatur 2–20 cm³
- Anfangstemperatur des Wassers 0–40 °C
- Heiz- bzw. Kühlrate 1–10 °C/s
- Graph bis 0 K verlängern
Fragen zum Erkunden
- Warum bleibt der Druck der eingeschlossenen Luft gleich, während sich der Quecksilbertropfen nach oben oder unten bewegt?
- Bei welcher Temperatur schneidet die verlängerte V-t-Gerade die Temperaturachse, und was bedeutet dieser Punkt?
- Wie ändert sich die Steigung des V-T-Diagramms, wenn das anfängliche Gasvolumen größer ist?
