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Nach Aufnahmen von T. Hemmert, Uni Würzburg

Ausdehnung von Gas:
In einem Glaskolben befindet sich Luft. Ein Ableitrohr führt in ein Becherglas, das mit Wasser gefüllt ist. Man erwärmt den Kolben mit einem Bunsenbrenner.
Aufgabe:

1. Aufgabe: Ausdehnung Gas
Betrachte das Video, achte auf das Ende des Ableitrohrs im Becherglas. Was geschieht beim Erwärmen und was, wenn die Wärmezufuhr beendet ist? Fasse die Ergebnisse deiner Beobachtung schriftlich zusammen.

zur Lösung 1


zum Video 1 (1,7MB) (von T.Hemmert, Uni Würzburg)

Gasthermometer:
In einem Glaskolben befindet sich Luft. Zu Beginn des Versuchs wurden die Flüssigkeitssäulen im U-Rohr durch Druckausgleich auf gleiches Niveau gebracht. Mit einer Flamme wird die Luft im Kolben erwärmt.

2. Aufgabe: Gasthermometer
Betrachte das Video, beobachte die Reaktion der Flüssigkeitssäule und die Zeit, bis das System den Ausgangszustand wieder erreicht hat, zeichne und beschreibe den Versuch und erkläre ihn.

zur Lösung 2


zum Video 2 (0,9MB) (von T.Hemmert, Uni Würzburg)

 

 

Daten zum Versuch:

  • Volumen des Glaskolbens: V = 1,0 l
  • Innendurchmesser Rohr: d = 6,5 mm
  • Wassersäule vorher: ausgeglichen
    Wassersäule nachher: Δh = 8,0cm
  • Volumenausdehnungskoeffizient von 20° warmer Luft:
    γLuft = 3,4 cm3/(dm3·°C)
  • Anfangstemperatur: ϑ = 20°C
3. Aufgabe: Daten zum Versuch
Bestimme aus den Versuchsdaten, um wie viel Grad sich die Temperatur im Glaskolben erwärmt hat.

Anmerkung:
Luftdruckänderungen und Ausdehnung des Glases soll unberücksichtigt bleiben.

zur Lösung 3

zum Video 2 (0,9MB)

Gasthermometer:
In einem Glaskolben befindet sich Luft. Zu Beginn des Versuchs wurden die Flüssigkeitssäulen im U-Rohr durch Druckausgleich auf gleiches Niveau gebracht.
Mit der Hand wird die Luft im Kolben erwärmt.

4. Aufgabe: Gasthermometer
Betrachte das Video, beobachte die Reaktion der Flüssigkeitssäule und die Zeit, bis das System den Ausgangszustand wieder erreicht hat. Du kannst den Versuch auch ganz leicht mit einer ganz normalen Flasche und einem durchsichtigen Plastikschlauch durchführen, den du mit etwas Knetmasse im Flaschenhals dicht abschließt.

zur Lösung 4


zum Video 3 (1,3MB) (von T.Hemmert, Uni Würzburg)

Daten zum Versuch:

  • Volumen des Glaskolbens: V = 1,0 l
  • Innendurchmesser Rohr: d = 6,5 mm
  • Wassersäule vorher: ausgeglichen
  • Volumenausdehnungskoeffizient von 20° warmer Luft:
    γLuft = 3,41 cm3/(dm3·°C)
  • Anfangstemperatur: ϑ = 20°C
  • Handtemperatur: ϑ = 28°C
5. Aufgabe:
Bestimme aus den Versuchsdaten, um wie viel cm sich das Wasser im Röhrchen verschieben würde, wenn die ganze Innenluft die Handtemperatur annehmen würde.

Anmerkung:
Luftdruckänderungen und Ausdehnung des Glases soll unberücksichtigt bleiben.

zur Lösung 5

 

Beim Versuch nach Boyle Mariotte wird der Zusammenhang zwischen dem Druck und dem Volumen einer abgeschlossenen Gasmenge bei konstanter Temperatur untersucht.
Einen ähnlichen Versuch hast du wohl auch schon ausgeführt, als du eine Fahrradluftpumpe "zusammengedrückt" und mit dem Daumen die Öffnung abgedichtet hast. Dabei hat sich das Volumen der eingesperrten Gasmenge verringert und der Gasdruck ist größer geworden.

1. Aufgabe: Luftpumpenversuch
Warum entspricht der "Luftpumpen-Versuch" nicht dem Ziel des Versuches von Boyle und Mariotte?

zur Lösung 1

Das folgende Video (Geduld, da ca. 3MB), das von der Universität Würzburg stammt (Herr T. Hemmert), zeigt die Durchführung des Versuches.

2. Aufgabe - Auswertung des Videos

a)

Stoppe das Video an den ausgewählten Stellen und notiere zusammengehörige l-p-Paare in einer Tabelle.

 

l ~ V in relat. Einh.
0,30
0,25
0,20
0,15
p in 105 Pa
1,0
     
1/l ~ 1/V in relat. Einh.
3,3
     
b) Zeichne mit Hilfe obiger Wertepaare ein 1/l-p-Diagramm (also kein l-p-Diagramm).
c) Warum ist das 1/l-p-Diagramm besser als das l-p-Diagramm geeignet die indirekte Proportionalität zwischen l und p bzw. V und p nachzuweisen?
d) Wie würde (qualitativ) das 1/l-p-Diagramm aussehen, wenn man den Versuch mit einem größeren Anfangsvolumen gestartet hätte?

zur Lösung 2

 

In einen Glaskolben von genau einem Liter Volumen (Ausmessen mittels Vorversuch mit Wasser) befindet sich einmal Luft und ein anderes Mal Erdgas.
In einem mit einem Tauchsieder und Thermometer versehenen Wasserbad wird der Glaskolben langsam erwärmt, so dass die Luft bzw. das Erdgas die Temperatur des Wasserbades annimmt.
Die auf Grund der Volumenausdehnung herausströmende Luft wird in einer pneumatischen Wanne (In eine Wasserwanne umgestülpter gefüllter Messzylinder) aufgefangen und gemessen.

Beachte die Animationen zum Versuch!

 

1. Aufgabe: Ausdehnung von Luft
Stelle auf Grund der Animation des Versuchs eine ϑ-ΔV-Wertetabelle für die Ausdehnung von Luft auf und zeichne ein ϑ-ΔV-Diagramm.

2. Aufgabe: Ausdehnung von Erdgas
Stelle auf Grund der Animation des Versuchs eine ϑ-ΔV-Wertetabelle für die Ausdehnung von Erdgas auf und vergleiche mit den Werten von Luft.

3. Aufgabe: Vergleich
Vergleiche die Versuchsergebnisse mit den Ergebnissen des Gay-Lussac-Versuchs (Versuch von Charles). Warum stimmen sie nicht überein?

Heizt man die Innenluft des Ballons über einem Bunsenbrenner richtig auf, so gelingt es, den Ballon im Klassenzimmer zum Schweben zu bringen.

Achten muss man dabei darauf, dass die heiße Luft durch den Schornstein in die Hülle geleitet wird und dass die Hülle immer genügend Abstand zur Flamme hat, da sie bei zu großer Nähe zu schmelzen beginnt. Der Vorteil dieses Modells gegenüber selbst gebastelten Papiermodellen besteht darin, dass bei Kontakt mit der Flamme die Hülle schmilzt und nicht brennt, was zu einer echten Gefährdung führen würde.

Trotzdem: Feuergefahr!


 


Foto: Lehrmittel Elwe