3. Wärmelehre Materiemenge stellt ein Ensemble von sehr vielen Teilchen dar Mechanisches Verhalten jedes einzelnen Teilchens (Flugbahn) nicht bekannt und ohne Bedeutung für das Verhalten der Materiemenge. Benutzung statistischer Mittelwerte über die Gesamtheit  Parameter Temperatur Phänomenologische Temperaturskala Fixpunkte für Celsius-Skala schmelzendes Eis-Wasser bekommt die Temperatur 0°Celsius siedendes Wasser (System Wasser-Dampf) die Temperatur 100°C } bei Druck von 105Pa = 1 bar Interpolation mit Meßinstrument Thermometer benutztes Symbol für Temperatur 

3.1 Wärmeausdehnung Versuch: Kugel  reversibel Längenausdehnung Ausdehnungs-koeffizient Längenausdehnung Metalle ungefähr 1∙10-5 /°C Quarz ungefähr 1∙10-6 /°C Schalter

( ) ( ) Volumenausdehnung Quader Beispiel D + × = c b a V + D × = K c Ansatz Einsetzen der Linearausdehnungen mit a ( ) Quader Beispiel D + × = c b a V + D × = K c ab b a bc abc + × = D K abc V c b a ( ) 3 2 und mit Anteile J a D + × = K V Flüssigkeitsthermometer, Fieberthermometer Quecksilber (Hg) b » 2·10-4 /°C bei 20°C Eichung eines Thermometers Volumenvergrößerung  Dichteabnahme Warme Materie steigt in kalter Umgebung auf!  Konvektion Gibt es ein ideales Thermometer? Wasseranomalie

3.2 Gase Aggregatzustand wie fest und flüssig vielen Ensemble von frei verschiebbaren Teilchen mit geringer Kopplung untereinander Ideales Gas Größe null Kopplung null elastischer Stoß untereinander unwahrscheinlich, daß alle Teilchen in Ruhe sind Brownsche Molekularbewegung Summe führt auf Neff 2mv Öltropfen

Stoßmodell für Gas Energiebild  Temperatur ? Zustandsgrößen: Teilchenzahl, Volumen, Temperatur, Gasdruck Simulation Summe der Kraftstöße auf Fläche A m v A n Teilchendichte, also Volumen V Summe führt auf und Gesetz von Boyle-Mariotte Experiment Erweiterung um 1/2 konstant Energiebild  Temperatur ?

Verhalten des idealen Gases abgeschlossen Verhalten des idealen Gases Wkin  Temperatur Vakuum Variation der Temperatur a C p für N Volumen fest 2 a für 2N h p gh Gas Fl V - 273,15 W = 0 kin T Natürlicher Anfang der Temperaturskala T K = ( + 273,15) °C Kelvinskala Kinetische Energie und Temperatur Boltzmann-Konstante: 1,38·10-23 J/K oder Mole universelle Gaskonstante: 8,3143J/(K·mol) 6·1023 Teilchen

Kompressibilität von Gas Variation des Volumens Luftdruck?

Gasthermometer Teich  peich Gasgemisch: Fixpunkt der Kelvin-Skala: Tripelpunkt Wasser 0,01°C = 273,16K Rohrvolumen << V Teich  peich Universelles Thermometer? Universelles Material? Luft? Gasgemisch: Molanteile Partialdrucke

Kinetische Energie: N2 Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung Wärme pro Teilchen Atom oder Molekül Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung N2 500 1000 1500 2000 Geschwindigkeit v [m/s] 2·10-3 1,5·10-3 1·10-3 0,5·10-3 Häufigkeit [1/(m/s)] 20°C 500°C Wärme

Temperaturschalter mit Bimetallstreifen Materialsammlung „Bimetall“ WWW.Ubicampus.mh-hannover.de

Flüssigkeitsthermometer klassisches Fieberthermometer „Kapillare“ Maximumsfunktion Abschnürung Auflösung Skala durch Kalibrierung großes Volumen

Wasseranomalie Eis normales Verhalten spezifisches Volumen VS [cm3/g] 1,090 1,089 Eis 1,088 1,087 1,0003 1,0002 Wasser 1,0001 1,0000 -6 -4 -2 2 4 6 8  [°C] Phasenübergang größte Dichte Wasser ist keine geeignete Flüssigkeit für ein Thermometer