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Das Gesetz von GAY-LUSSAC

Schlagwörter: Gasgesetz, Druck, Volumen, Temperatur, Experiment, Gesetz von Gay-Lussac

V(T); p=konstant

In diesem Experiment wollen wir die Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur untersuchen. Dabei muss der Druck während des Experimentierens möglichst konstant sein. Das können wir mit einer Spritze erreichen. Wenn sich der Druck im Innenraum der Spritze erhöht, dann wird der Kolben der Spritze weiter herausgedrückt, bis sich ein Gleichgewicht von Innen und Außendruck einstellt.

Für dieses Experiment benötigen wir eine verschließbare Spritze, ein Thermometer, ein Wasserbad, einen Gefrierschrank und einen Tauchsieder.

01 Experiment zu Gay-Lussac

Aus dem Experiment von Amontons ( p(T)) wissen wir bereits, dass bei der Proportionalität zur Temperatur der absolute Nullpunkt der Temperatur betrachtet werden muss. Daher versuchen wir den Temperaturbereich soweit wie möglich auszudehnen.

In der Spritze wird ein Luftvolumen von 40 ml eingeschlossen. Um einen großen Temperaturbereich für das Experiment zu ermöglichen,  kühlen wir die Spritze zunächst im Gefrierschrank ab. Wir können unser Experiment also bei einer Temperatur von -15°C (258 K) beginnen. Dann wird die Spritze in das Wasserbad gelegt. Es wird das eingeschlossene Luftvolumen in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen. Die Messwerte werden in einem T-V-Diagramm aufgenommen.

02 Messwerttabelle "Gay-Lussac"
gasges-gay-lussac-Celsius-dia
03 Diagramm "Gay-Lussac"

Wir erkennen, dass der Zusammenhang von Volumen und Temperatur zwar linear ist, aber nicht proportional. Der Graph ist keine Ursprungsgerade. Wir müssen die Temperaturen als absolute Temperatur in die Einheit 1K umrechnen. (vgl. Gesetz von Amontons)

Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere Geschwindigkeit aller Teilchen eines Körpers. Sie ist also auch ein Maß für die kinetische Energie der Teilchen. Wenn wir eine Temperatur von 10°C haben, dann verdoppelt sich diese Energie nicht bei einer Erhöhung der Temperatur auf 20°C. Die Festlegung des Nullpunktes bei der Celsiusskala ist zwar sinnvoll, aber willkürlich festgelegt. Energetische Betrachtungen wurden hier nicht berücksichtigt.

Um die Energie bzw. die Teilchenbewegung qualitativ zu vergleichen, müssen wir vom absoluten Nullpunkt 0 K=-273,15°C ausgehen. Dazu rechnen wir die Temperaturen in die Einheit Kelvin um.

04 Messwerttabelle "Gay-Lussac" mit Temperaturen in Kelvin
gasges-gay-lussac-dia
05 Diagramm "Gay-Lussac"

Der Graph ist eine Ursprungsgerade. Volumen und Temperatur verhalten sich proportional zueinander.

V~T