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Die Aggregatzustände Gasförmig, flüssig, fest. Inhalt Die drei Aggregatzustände: –Gasförmig –Flüssig –Fest Phasenübergänge –Die Anregungsenergie zum Umbau.

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1 Die Aggregatzustände Gasförmig, flüssig, fest

2 Inhalt Die drei Aggregatzustände: –Gasförmig –Flüssig –Fest Phasenübergänge –Die Anregungsenergie zum Umbau der Atome liefert die Temperaturbewegung

3 Wechselwirkungskräfte zwischen den Bausteinen der Materie Kräfte BeschreibungBeispiel Van der Waals Bindung Isotrope, kurzreichweitige schwache Bindungskraft zwischen allen Atomen Reale Gase, Bindung in Kristallen der Edelgase Coulomb Kraft Isotrope, langreichweitige Wechselwirkung zwischen Ladungen, im Atom zwischen Kern und Elektronen, im Kristall zwischen Ionen, (z. B. NaCl Kristall) Kern und Elektronen NaCl-Kristall Kovalente Bindung Gerichtete Bindung durch gemeinsame Elektronen Si-Kristall, organische Moleküle Metall Bindung Isotrope Bindung der Metallatome mit freien Elektronen im Elektronengas Alle metallischen Leiter

4 Gase Gase dehnen sich beliebig weit aus Die Kräfte beim Impulsübertrag der Stöße durch die Temperaturbewegung sind größer als die Kräfte der van der Waalschen Anziehung zwischen den Teilchen

5 Flüssigkeiten Sehr kleine Kräfte genügen zur Änderung der Form einer Flüssigkeit

6 Arbeit bei Vergrößerung der Oberfläche Aber: Die Vergrößerung der Oberfläche erfordert Energie: die Kraft ist dieOberflächenspannung

7 Festkörper Jede Änderung der atomaren Anordnung erfordert hohe Kräfte Bei Rückgang der verformenden Kraft kehren die Atome in ihre Ausgangslage zurück: Elastisches Verhalten –Gilt in Grenzen

8 Festkörper und Flüssigkeiten Die atomaren Baugruppen liegen in beiden Aggregatzuständen auf Kontakt – deshalb sind beide praktisch inkompressibel Aber: Flüssigkeiten sind gegen Scherung bzw. Torsion instabil Fest Flüssig

9 Arbeit bei Vergrößerung einer Flüssigkeits- oberfläche Aber: Die Vergrößerung der Oberfläche erfordert Energie: die Kraft ist dieOberflächenspannung

10 Aggregatzustände und Eigenschaften GasFlüssigkeitFestkörper Dichte*~0,001 g/cm 3 ~ 1g/cm 3 Ist zur Verdichtung Kraft erforderlich? Wenig**Viel Viel bei jeder Art der Verformung (Elastische Verformung) Ist zur Ausdehnung Kraft erforderlich? Keine Wenig zur Oberflächen- vergrößerung Ist zur Scherung Kraft erforderlich? Wenig (Viskoses Fließen) *Normaldruck und 20°C ** Verdichtung auf 99% des Volumens beginnend bei

11 Phasenübergänge Als Phasenübergänge bezeichnet man –den Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Aggregatzuständen –Umbau der Struktur eines Festkörpers oder von Molekülgruppen Die Anregungsenergie zum Umbau der Atome liefert die Temperaturbewegung

12 Pb 5 Al 3 F K

13 Pb 5 Al 3 F K

14 Pb 5 Al 3 F K

15 Pb 5 Al 3 F K

16 Zusammenfassung Es gibt Materie in drei Aggregatzuständen: –Gasförmig Dichte bei Normalbedingungen ca. 1/1000 der von Flüssigkeiten oder Festkörper Grenzenlose Ausdehnung ohne Zufuhr von Energie Bei Normalbedingung genügt wenig Kraft genügt zur (mäßigen) Volumenverkleinerung –Flüssig Dichte etwa wie im Festkörper Kraft zur Volumenverkleinerung (Kompression) ist hoch, etwa wie im Festkörper Vergrößerung der Oberfläche mit Zufuhr von Arbeit (Oberflächenspannung) –Fest: jede Formveränderung erfordert hohe Kräfte: Stabil gegen Scherung, Kompression, Dehnung Phasenübergänge –Umbau der atomaren Anordnung –Die Energie dazu liefert die Temperaturbewegung Weitere Aggregat Zustände unter extremen Bedingungen –Plasma (Nach Energiezufuhr in Form von Temperatur, Strahlung oder elektromagnetischen Feldern ionisiertes Gas) –Bose-Einstein Kondensate (Temperatur unter 100 μK)

17 finis FestFlüssig Gas


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