3.5 Diffusion Konzentration c1 und c2 Teilchenzahl / Volumen Molzahl / Volumen Fläche A Konzentrationsgradient Teilchenstrom J durch Fläche A c1 c2 x1 x2 Modell Stromdichte 1. Ficksches Gesetz Diffusionskonstante: D Weg bis zum Stoß Geschwindigkeit Abhängigkeit: Temperatur Dichte in der Umgebung Stoßquerschnitt, Gasart Deutung 2. Ficksches Gesetz?

Versuch Umgießen von CO2 Versuch Gasdiffusion Ausgangspunkt: Becherglas rein CH4 CH4 Druckerhöhung im Tonzylinder DCH4 > DLuft Tonzylinder rein Luft Prozeß reversibel durch entfernen des Becherglases Unterdruck im Tonzylinder Versuch Umgießen von CO2 typisch in Gasen unter Normaldruck Versuch Flüssigkeitsschicht schnell durch dünne Membranen Alle 10.000 Sekunden wechselt ein Atom seinen Platz.

Diffusionstrennsäule Herstellung reiner Gase Tonrohr porös Luft O2 angereichert N2 + O2 pumpen N2 angereichert

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

Bunsenscher Koeffizient gegenüber Wasser bei 37°C 1cm3 Wasser nimmt 0,024cm3 Sauerstoff aus reiner Sauerstoffatmosphäre und Normaldruck auf. Gasaustausch am Lungenmodell Partialdrucke in Lunge: O2 133 mb N2 763 mb H2O 63 mb CO2 54 mb Grenzen von Volumenanteilen: für Aufnahme O2 für Abgabe CO2

Osmose semipermeable Membran s=1 für Sorte B Reflexionskoeffizient s B Entstehung von osmotischem Druck van’t Hoffsches Gesetz molare Lösung Konzentration 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

3.6 Wärmetransport und Wärmeisolation Wärme  Energie gespeichert im Ensemble von vielen Teilchen Wärmemenge Wärmetransport  statistischer Prozeß  mittlere Größe Wärmestromdichte Fläche Zeitintervall Transportarten Konvektion, Wärmeleitung, Wärmestrahlung Konvektion  Wärmetransport mit Massetransport Wärmekapazität bewegte Masse Fließgeschwindigkeit Beobachtung: Luftstrom über heißer Platte/Straße  Schlierenbildung Wärmeübergangskoeffizient: horizontal a  8 W/m2K a  5,5 W/m2K vertikal

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

Wärmebilanz bei Kleidung Körperseite Temperatur 37°C Teilfläche 1m 2 Konvektion mit a = 5,5 W/K·m stehende Luftschicht l 1 = 0,03 W/K·m Stoffschicht = 0,1 W/K·m Lufttemperatur 20°C J K Diagramm für Oberfläche 1 m2 Körper 37°C und Raum 20°C Grundumsatz Mensch 80 W alle Wärmeströme gleich

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

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

Stefan-Boltzmann-Gesetz solare Konstante 1,326 kW/m2 Oberfläche der Erde  = 5,67 10-8 W/m2 K4 Abstrahlungsverluste der Kleidung Wellenlängenabhängigkeit Maximum charakteristisch für die Strahlertemperatur Sonne Maximum bei grün Tsonne  5800 K Plancksches Strahlungsgesetz Farbe der Sommer/Winterkleidung

Thermogramm der Hand Gute Durchblutung zeitliche Entwicklung beim Rauchen nach 2 Minuten nach 4 Minuten Abstrahlung von der Hand: DT  5K (Körper - Zimmertemperatur) A  20cm2 nach Gesetzt von Stefan-Boltzmann: Handfläche Haut

Thermogramme in der Technik