Transportvorgänge in Gasen Zum Versuch 11: Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen und Gasgemischen Janine Bursa, Nora Heinrich

Inhalt Fluss Gradient Allg. Transportgleichung Transportvorgänge Viskosität, Diffusion, Wärmeleitfähigkeit Versuch 11 Aufbau, Durchführung, Auswertung

Bsp.: Temperatur in zwei miteinander verbundenen Gefäßen Es findet ein „Temperaturfluss“ von der höheren zur niedrigeren Temperatur statt

Fluss Menge der Transportgröße, die pro Zeiteinheit durch eine Fläche transportiert wird

Der Gradient... ...ist die treibende Kraft der Änderung

Γ groß Γoben z Z0+λ Fluss von Γ Z0 Fläche F Z0-λ Γ klein Γunten x

ist bezogen auf ein Teilchen

Allgemeine Transportgleichung

Transportvorgänge Transport von... Viskosität ... Impuls (mv) Diffusion ... Materie (N/V) Wärmeleitung ... Innerer Energie (U)

Viskosität / innere Reibung Impulsübertragung: Abbremsen oder Beschleunigen der anderen Teilchenschicht

Viskosität - Transportgleichung

Diffusion Bsp.: Die Stoffe A und B sind in zwei separaten Gefäßen. Die Gefäße werden verbunden und es bilden sich Konzentrationsgradienten aus, d.h., die beiden Stoffe mischen sich. Diffusion wird hervorgerufen durch thermische Bewegung der Teilchen ohne Wärme, keine Bewegung und ohne Bewegung, keine Mischung der Teilchen

Diffusion - Transportgleichung 1.Ficksches Gesetz

Wärmeleitfähigkeit Teilchen übertragen Wärme, bzw. innere Energie, indem sie mit anderen Teilchen zusammenstoßen

Wärmeleitung-Transportgleichung Mit: ergibt sich für den Wärmeleitungs- koeffizienten κ (Kappa):

Versuchsaufbau Skizze:

In der Messzelle gilt für ein Gasgemisch: Q = transportierte Wärmemenge a und b = const. Gilt für reines Gas nur bei geringen Drücken

Versuchsdurchführung 1.) Eichkurve aufnehmen mit N2 bis 400 torr Gas schrittweise ablassen Spannung ablesen (geringer Druckbereich ist wichtig) 2.) Gefäß mit N2 füllen, H2 zugeben Gleichgewicht einstellen lassen (circa 10 Werte)

Schaltung als Wheatstone‘sche Brücke Nullabgleich der Brücke durch Spannungsänderung Spannungsänderung führt zu Stromänderung, Stromänderung zur Temperaturänderung des Heizdrahtes, dadurch zur Änderung des Widerstandes der Messzelle

Gasgemisch

Reines Gas

Auswertung Bei geringen Drücken ist die Wärmeleitfähigkeit groß Minimaler und maximaler Druck, Temperatur Bei geringen Drücken ist die Wärmeleitfähigkeit groß Bei hoher Temperatur ist die Wärmeleitfähigkeit groß

Wasserstoff und Stickstoff im Vergleich Wasserstoff hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit, weil 1.) die Moleküle leichter sind 2.) die Moleküle kleiner sind 3.) die Wärmekapazität größer ist Wärmeleitfähigkeit abhängig von Gasart!!! (unterschiedliches Gas = unterschiedliche Größe = unterschiedliches Gewicht) Molekulare und atomare Gase im Vergleich Molekulare Gase transportieren mehr Energie

Wärmeleitfähigkeit ist abhängig Fazit Wärmeleitfähigkeit ist abhängig von der Gasart!!! sowie von der Temperatur und vom Druck des gegebenen Systems.

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