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X1x1 x2x2 c1c1 c2c2 Konzentration c 1 und c 2 Teilchenzahl / Volumen Molzahl / Volumen Stromdichte 1. Ficksches Gesetz Konzentrationsgradient Teilchenstrom.

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1 x1x1 x2x2 c1c1 c2c2 Konzentration c 1 und c 2 Teilchenzahl / Volumen Molzahl / Volumen Stromdichte 1. Ficksches Gesetz Konzentrationsgradient Teilchenstrom J durch Fläche A Diffusionskonstante: D Weg bis zum Stoß Geschwindigkeit Abhängigkeit: Temperatur Dichte in der Umgebung Stoßquerschnitt, Gasart Deutung 3.5 Diffusion Modell Fläche A 2. Ficksches Gesetz?

2 Ausgangspunkt: Becherglas rein CH 4 Tonzylinder rein Luft Prozeß reversibel durch entfernen des Becherglases Unterdruck im Tonzylinder typisch in Gasen unter Normaldruck schnell durch dünne Membranen Alle Sekunden wechselt ein Atom seinen Platz. CH 4 Druckerhöhung im Tonzylinder D CH4 > D Luft Versuch Flüssigkeitsschicht Versuch Gasdiffusion Versuch Umgießen von CO 2

3 Herstellung reiner Gase Luft N 2 + O 2 O 2 angereichert pumpen N 2 angereichert Tonrohr porös Diffusionstrennsäule

4 Gasn n in Wasser Molzahl pro Lösungsvolumen Gleichgewicht durch Diffusion Molvolumen unter Standardbedingungen Oswaldsche Löslichkeit Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten Partialdruck dieses Gases Bunsenscher Absorptionskoeffizient gelöstes Vol. in Volumen Gasaustausch Zelle mit Umgebung STPD

5 Gasaustausch am Lungenmodell gegenüber Wasser bei 37°C 1cm 3 Wasser nimmt 0,024cm 3 Sauerstoff aus reiner Sauerstoffatmosphäre und Normaldruck auf. Partialdrucke in Lunge: O mb N mb H 2 O 63 mb CO 2 54 mb Grenzen von Volumenanteilen: für Aufnahme O 2 für Abgabe CO 2 Bunsenscher Koeffizient

6 semipermeable Membran =1 für Sorte B Reflexionskoeffizient B A Entstehung von osmotischem Druck vant Hoffsches Gesetz molare LösungKonzentration Osmose isotonische Lösung: 0,3 osmolar/l Na + Cl Isotonie: Gleichheit osmotischer Drucke Hypertonie: Umgebung zu großer Druck Zellen trocknen aus Hypotonie: Umgebung zu kleiner Druck Zellen platzen zu Blutplasma

7 Wärme Energie gespeichert im Ensemble von vielen Teilchen Wärmetransport statistischer Prozeß mittlere Größe Wärmestromdichte Wärmemenge FlächeZeitintervall Beobachtung: Luftstrom über heißer Platte/Straße Schlierenbildung Konvektion Wärmetransport mit Massetransport Wärmekapazität bewegte Masse Fließgeschwindigkeit Wärmeübergangskoeffizient:horizontal 8 W/m 2 K 5,5 W/m 2 K vertikal Transportarten Konvektion, Wärmeleitung, Wärmestrahlung 3.6 Wärmetransport und Wärmeisolation

8 Statistischer Prozeß wie Diffusion Wärmestrom pro Fläche Temperaturgradient Wärmeleitungskoeffizient Vergleich zweier Widerstände 1mm Styropor isoliert gleich gut wie 4,7mm Holz oder 50cm Stahl oder 13,3m Kupfer. Wärmewiderstand Abhängigkeit in der Querschnittsabmessung? Wärmeleitung Versuch: Holz-Stahl-Stück

9 Diagramm für Oberfläche 1 m 2 Körper 37°C und Raum 20°C Grundumsatz Mensch 80 W alle Wärmeströme gleich Wärmebilanz bei Kleidung Körperseite Temperatur 37°C Teilfläche 1m 2 Konvektion mit = 5,5 W/K·m 2 stehende Luftschicht 1 = 0,03 W/K·m Stoffschicht 2 = 0,1 W/K·m Lufttemperatur 20°C

10 Energiezufuhr für kalorimetrische Messung Vakuum Material mit kleiner Wärmeleitung Deckel gegen Konvektion Verspiegelung gegen Wärmestrahlung Thermosgefäß oder Dewar

11 an einer Fläche A mit der Temperatur T Emission ist nur von der Temperatur aber nicht vom Material abhängig. < 1 E = · schwarz Ein idealer Absorber (schwarzer Körper) strahlt maximal! Reflexionsanteil entfällt eine Fläche mit Satz von Kirchhoff keine Materie erforderlich Wärmestrahlung R Reflexion und Streuung T A A E Emission bei Temperatur T Einstrahlung zwei Flächen im Gleichgewicht = 1 idealer Absorber R = 0 E E A Vakuum- gehäuse A = E T A Wie wirkt ein idealer Spiegel?

12 = 5, W/m 2 K 4 Abstrahlungsverluste der Kleidung Wellenlängenabhängigkeit Maximum charakteristisch für die Strahlertemperatur Sonne Maximum bei grün T sonne 5800 K Plancksches Strahlungsgesetz Farbe der Sommer/Winterkleidung solare Konstante 1,326 kW/m 2 Oberfläche der Erde Stefan-Boltzmann-Gesetz

13 Gute Durchblutungzeitliche Entwicklung beim Rauchen nach 2 Minutennach 4 Minuten Abstrahlung von der Hand: T 5K (Körper - Zimmertemperatur) A 20cm 2 nach Gesetzt von Stefan-Boltzmann: Handfläche Haut Thermogramm der Hand

14 Thermogramme in der Technik


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