Druck – im Teilchenmodell

Druck – im Teilchenmodell Übung

• Bestimme die Eigenschaften von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen.

  Tipps

  Es sind drei Aussagen wahr.

  In einem Gas verteilen sich die Teilchen gleichmäßig im Raum.

  In der Hydraulik macht man sich zunutze, dass man Wasser oder Öl nicht zusammendrücken kann.

  Je wärmer ein Festkörper ist, desto stärker schwingen die Teilchen.

  Lösung

  Folgende Aussagen sind richtig:

  • „Gase nehmen jeden Raum vollständig ein.“ Diese Eigenschaft unterscheidet Gase von Flüssigkeiten und festen Körpern.

  • „Flüssigkeiten können sich der Form des Raumes anpassen, haben aber ein festes Volumen.“ Dieselbe Menge einer Flüssigkeit passt in verschieden geformte Behälter und passt sich jeweils der Form des Behälters an. Das Volumen der Flüssigkeit ändert sich dabei aber nicht.

  • „Gase kann man zusammendrücken, Flüssigkeiten nicht.“ Anders als Flüssigkeiten und feste Körper haben Gase kein festes Volumen, sondern lassen sich in ein vorgegebenes Volumen hineinpressen.

  
  

  Folgende Aussagen sind falsch:

  • „Teilchen in einem Gas fallen immer nach unten.“ Die Teilchen bewegen sich frei und unregelmäßig in dem gesamten Raum, der dem Gas zur Verfügung steht.

• Vervollständige die Sätze.

  Tipps

  Wasser kannst du in Gläser verschiedener Form gießen, sofern sie groß genug sind.

  Die Teilchenbewegung ändert sich mit der Wärme.

  Wasser bewegt sich nicht frei im Raum, sondern fließt nach unten.

  Lösung

  Folgende Sätze sind richtig:

  • „Die Teilchen in einem festen Körper ... haben einen festen Platz, um den sie hin und her schwingen.“ Die Schwingung wird stärker, je wärmer der feste Körper wird.

  • „Teilchen in einem Gas ... bewegen sich ganz frei und nehmen den Raum vollständig ein.“ Durch diese freie Teilchenbewegung haben Gase kein festes Volumen.

  • „Feste Körper und Flüssigkeiten ... lassen sich nicht zusammendrücken.“ Gase hingegen lassen sich in ein beliebig kleines Volumen pressen.

  • „Flüssigkeiten und Gase ... passen sich der Form des Gefäßes an.“ Festkörper dagegen haben eine feste Form und passen daher nicht in ein Gefäß beliebiger Form.

• Erschließe die Merkmale und Anwendungen von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen.

  Tipps

  In einem festen Körper haben die Teilchen kaum Bewegungsfreiheit.

  Eine Flüssigkeit nimmt nur den Raum ein, den ihr Volumen ausmacht.

  In einem Gas bewegen sich die Teilchen ohne Einfluß äußerer Kräfte.

  Lösung

  Hier sind die passenden Zuordnungen:

  Festkörper:

  • Teilchen in einem Festkörper haben kaum Bewegungsfreiheit, sie schwingen nur um ihren festen Platz.
  • In Kristall ist ein fast idealer Festkörper mit vollständig regelmäßiger Anordnung der Teilchen im Kristallgitter.
  • Volumen und Form eines Festkörpers sind durch den Körper festgelegt und hängen nicht bzw. kaum von äußeren Einflüssen ab.

  Flüssigkeit:

  • Das Volumen einer Flüssigkeit ist festgelegt, die Form aber nicht.

  Gas:

  • Jedes Gas füllt den zur Verfügung stehenden Raum vollständig.
  • Die Teilchen in einem Gas bewegen sich vollständig irregulär.
  • Gas lässt sich stark komprimieren.

• Beschreibe die Teilchenbewegung in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern.

  Tipps

  Beim Stoß eines Zuges auf einen Puffer entsteht ein Druck.

  Je mehr Teilchen sich auf demselben Raum bewegen, desto häufiger stoßen sie sich gegenseitig an.

  Die mittlere Anzahl der Teilchenstöße bestimmt den Druck auf die Gefäßwände.

  Lösung

  Mit dem Teilchenmodell kann man einige Phänomene des physikalischen Drucks anschaulich erläutern: In diesem Modell bewegen sich die Teilchen in einem Gas, anders als in Flüssigkeiten, vollständig frei. In einem Festkörper dagegen hat jedes Teilchen einen festen Platz und die Teilchen bewegen sich nur schwingend um ihre feste Lage. Das Volumen, das eine Flüssigkeit füllt, ist eine Eigenschaft dieser Flüssigkeit; es hängt also nur von der Flüssigkeit selbst ab. Ein Gas dagegen füllt jeden Raum vollständig. Daher hängt das Volumen des Gases von dem Raum ab, der dem Gas zur Verfügung steht, und nicht von dem Gas selbst.

  Im Teilchenmodell wird der Druck eines Gases auf die Wände eines Gefäßes auf die Stöße der Teilchen gegeneinander und gegen die Gefäßwände zurückgeführt. Die mittlere Teilchenbewegung wiederum hängt von der Temperatur des Gases ab. Je mehr das Gas erwärmt wird, desto stärker und häufiger werden die Stöße der Teilchen auf die Wände. Dabei erhöht sich also die mittlere Kraft, die die Teilchen auf die Wände ausüben, d. h. es erhöht sich der Druck auf die Gefäßwände.

  Verkleinert man das Volumen eines Gases, so kommt es durchschnittlich zu mehr Teilchenstößen, da die Teilchen relativ weniger Platz haben. Dabei wird also der Druck des Gases auf die Wände größer. Umgekehrt bewegen sich die Teilchen freier und mit durchschnittlich weniger Stößen, je größer der Raum ist, in dem sie sich bewegen. Der Druck in einem Gas ist demnach umgekehrt proportional zum Volumen.

• Zeige, wo physikalischer Druck vorkommt.

  Tipps

  Druck entsteht zwischen zwei Eisenbahnwaggons, die gegeneinander stoßen.

  Ein Kreisel übt keinen besonderen Druck auf die Unterlage aus.

  Gas kann man unter starkem Druck in ein kleines Volumen pressen.

  Lösung

  Folgende Bilder passen zum Thema Druck:

  • Du kannst mit einer Luftpumpe den Druck in deinem Fahrradreifen erhöhen.

  • Ein Puffer federt Stöße zwischen Eisenbahnwaggons ab. Dabei entsteht Druck auf den Pufferflächen durch die Kraft, mit der der Eisenbahnwaggon gegen den Puffer drückt.

  • In einer Sauerstoffflasche ist viel Sauerstoff unter großem Druck stark zusammengepresst.

  Folgende Bilder passen nicht zum Thema Druck:

  • Ein Magnet übt Kräfte auf magnetische Gegenstände aus. Dadurch entsteht aber meistens kein Druck, da die Kräfte nicht auf einer Fläche wirken.

  • Die Bewegung eines Kreisels übt keinen speziellen Druck auf die Fläche aus, auf der der Kreisel sich bewegt. Zwar hat der Kreisel eine Masse, die auf die Fläche drückt, aber das gilt schließlich für jeden Körper.

  • Der Mund-Nasen-Schutz wird nicht mit Druck auf die Haut gespannt, sondern locker aufgelegt.

  • Anders als eine Taucherflasche benutzt der Schnorchel keinen speziellen Druck. Du atmest beim Schnorcheln die normale Atemluft mit dem üblichen Luftdruck.

• Prüfe die Aussagen.

  Tipps

  Der Druck in einem Gas entsteht durch Stöße der Teilchen gegen die Wände des Gefäßes.

  Lösung

  Folgende Aussagen sind richtig:

  • „Je mehr Teilchen desselben Gases sich in einem festen Raum befinden, desto größer ist der Druck.“ Denn der Druck entsteht durch Stöße der Teilchen auf die Wände. Solche Stößen nehmen zu, je mehr Teilchen sich in dem Raum befinden.

  • „Der Druck im Wasser hängt nur von der Wassertiefe ab.“ Das kannst du beim Tauchen ausprobieren. Je tiefer du tauchst, desto größer wird der Druck auf die Ohren. Der Druck hängt aber nicht von der Größe der Fläche ab, auf die das Wasser drückt, sondern nur von der Wassertiefe.

  • „Wind entsteht durch unterschiedlichen Luftdruck an unterschiedlichen Orten.“ In einem Gebiet höheren Luftdrucks gibt es im Mittel mehr Teilchenstöße. Diese bewirken Bewegungen der Teilchen in die Richtung, wo im Mittel weniger Teilchenstöße vorkommen, d. h. wo der Luftdruck geringer ist.

  Folgende Aussagen sind falsch:

  • „Je größer ein Stein ist, desto stärker ist der Druck, den er auf den Untergrund ausübt.“ Entscheidend für den Druck ist nicht die Form oder das Volumen als solches, sondern die Masse und die Größe der Kontaktfläche.

  • „Beim Abkühlen eines Gases nimmt der Druck ab und das Volumen zu.“ Beim Abkühlen kann das Volumen des Gases unverändert bleiben. Das Volumen hängt nicht von dem Gas ab, sondern von dem Raum, in dem sich das Gas befindet. Umgekehrt kann man aber ein Gas abkühlen, indem man spontan den Raum vergrößert.