Gay-Lussac Gesetz Rechner

Der Charles & Gay-Lussac Gesetz-Rechner ist ein einfaches Werkzeug, das die grundlegenden Parameter eines idealen Gases in einem isobaren Prozess beschreibt. Im folgenden Text schauen wir uns das Gesetz von Charles und die entsprechende Formel an und du erfährst, wie du thermodynamische Probleme mit einigen Beispielen zum Gesetz von Charles lösen kannst.

Falls du die Ergebnisse für einen isochoren Prozess berechnen musst, schau dir unseren Amontons Gesetz Rechner an.

Das Gesetz von Charles beschreibt die Beziehung zwischen dem Volumen eines Gases und seiner Temperatur, wenn der Druck und die Masse des Gases konstant sind. Es besagt, dass das Volumen proportional zur absoluten Temperatur ist.

Es gibt einige andere Möglichkeiten, die Definition des Gesetzes von Charles zu formulieren. Wir können auch sagen, dass das Verhältnis zwischen dem Volumen und der Temperatur des Gases in einem geschlossenen System konstant ist, solange der Druck unverändert bleibt.

Das Gesetz von Charles beschreibt das Verhalten eines idealen Gases (Gase, die wir durch die Gleichung des idealen Gasgesetzes charakterisieren können) während eines isobaren Prozesses. Der Druck bleibt also während des thermodynamischen Prozesses konstant.

Von der Definition des Gesetzes von Charles ausgehend, können wir die Gleichung folgendermaßen formulieren:

V₁ / T₁ = V₂ / T₂,

wobei V₁ und T₁ das Anfangsvolumen und die Anfangstemperatur sind. Analog dazu sind V₂ und T₂ die Endwerte dieser Gasparameter nach der Reaktion.

Wie funktioniert dieser Rechner für das Gesetz von Charles? Gib drei der möglichen Parameter ein und der vierte wird automatisch für dich berechnet. Nehmen wir an, wir möchten das Endvolumen ermitteln, dann ergibt die Formel des Gesetzes von Charles:

V₂ = V₁ / T₁ ∙ T₂.

Wenn du die Temperatur bei einem bekannten Endvolumen berechnen möchtest, ändert sich die Gleichung des Gesetzes von Charles zu:

T₂ = T₁ / V₁ ∙ V₂.

Im erweiterten Modus kannst du den Wert des Drucks und die Anzahl der Mol der Atome oder Moleküle im Gas festlegen.

Wir können den Charles & Gay-Lussac Gesetz-Rechner verwenden, um verschiedene thermodynamische Probleme zu lösen. Schauen wir uns an, wie das funktioniert:

1. Stell dir vor, wir haben einen Ball, der mit Luft vollgepumpt ist. Sein anfängliches Volumen beträgt 2 Liter und er liegt an einem Strand, an dem eine Temperatur von 35 °C herrscht. Später bringen wir ihn in einen klimatisierten Raum mit einer Temperatur von 15 °C. Wie verändert sich das Volumen des Balls?

   • Zunächst rechnen wir die Temperaturwerte in ihre absoluten Werte in Kelvin um:

     T₁ = 35 °C = 308,15 K und
     T₂ = 15 °C = 288,15 K.

   • Dann können wir die Gleichung des Gesetzes von Charles zur Berechnung des Endvolumens anwenden:

     V₂ = V₁ / T₁ ∙ T₂
     = 2 l / 308,15 K ∙ 288,15 K
     = 1,8702 l.

   Wir können sehen, dass das Volumen abnimmt, wenn wir den Ball von einem wärmeren an einen kühleren Ort bewegen. Manchmal kannst du diesen Effekt erleben, wenn du deinen Standort wechselst oder einen Gegenstand einfach liegen lässt, wenn das Wetter umschlägt. Der Ball scheint viel weniger Luft zu haben, und man könnte meinen, es gäbe ein Loch, durch das die Luft entweicht. Zum Glück ist das nur Physik, du musst also keinen neuen kaufen – pumpe einfach den, den du hast, wieder auf!

   Eine kleine Anmerkung – Luft ist ein Beispiel für ein echtes Gas, also ist das Ergebnis nur eine Annäherung. Solange wir extreme Bedingungen für Druck und Temperatur vermeiden, ist das Ergebnis eine sehr gute Annäherung an den tatsächlichen Wert.

2. Für das zweite Beispiel erhitzen wir einen leicht dehnbaren Behälter. Er ist mit Stickstoff gefüllt, der eine gute Annäherung an ein ideales Gas ist. Wir können feststellen, dass sein anfängliches Volumen bei Raumtemperatur (295 K) gleich 28 cm³ beträgt. Dann stellen wir den Behälter eine Weile in die Nähe einer Heizquelle. Nach ein paar Minuten ist sein Volumen auf 58 cm³ gestiegen. Können wir mit all diesen Daten die Temperatur unserer Heizquelle bestimmen?

   • Stellen wir die Formel des Gesetzes von Charles um, um die Temperatur zu berechnen:

     T₂ = T₁ / V₁ ∙ V₂
     = 295 K / 28 cm³ ∙ 58 cm³
     = 611,1 K.

   • Wir können das Ergebnis auch als T₂ = 336,55 °C oder T₂ = 637,79 °F schreiben.

   Dies ist ein ideales Beispiel, um zu zeigen, dass diese Methode auch zur Temperaturbestimmung verwendet werden kann! Es ist zwar keine sehr praktische Methode und wahrscheinlich auch nicht die genauste, aber es regt zum Nachdenken an: Welche anderen ungewöhnlichen Anwendungen kann man mit Alltagsgegenständen erreichen?

Es gibt tatsächlich verschiedene Bereiche, in denen wir das Gesetz von Charles anwenden können. Hier ist eine Liste mit einigen der bekanntesten und interessantesten Beispiele:

• Heißluftballonfahrt – Du hast bestimmt schon mindestens einmal in deinem Leben einen Heißluftballon am Himmel gesehen. Hast du dich jemals gefragt, wie es möglich ist, dass sie fliegen und warum sie mit Feuer oder anderen Heizquellen ausgestattet sind? Das Gesetz von Charles ist die Antwort! Immer, wenn Luft erwärmt wird, vergrößert sich ihr Volumen. Das hat zur Folge, dass die gleiche Menge (Masse) an Gas einen größeren Raum einnimmt, wodurch ihre Dichte abnimmt. Der Auftrieb der umgebenden Luft erledigt den Rest, sodass der Ballon zu schweben beginnt.

  Die Steuerung des Heißluftballons in eine bestimmte Richtung ist wahrscheinlich eine andere Angelegenheit, aber das allgemeine Konzept des Auf- und Abwärtstiegs können wir mit dem Gesetz von Charles erklären.

• Experimente mit flüssigem Stickstoff — Hast du schon einmal ein Experiment gesehen, bei dem jemand einen Luftballon in einen mit flüssigem Stickstoff gefüllten Behälter legt? Zuerst schrumpft er, unabhängig von seiner Anfangsgröße. Wenn du den Luftballon wieder aus dem Gefäß nimmst, kehrt er in seinen Ausgangszustand und ursprüngliche Form zurück. Auch hier gilt: Bei Temperaturänderungen ändert sich auch das Volumen.

• Thermometer — Wie im vorigen Abschnitt gezeigt, ist es möglich, ein Gerät zu bauen, das die Temperatur nach dem Gesetz von Charles misst. Obwohl wir uns seiner Grenzen bewusst sein müssen, die im Wesentlichen in der Zugfestigkeit des Objekts und der Beständigkeit gegen hohe Temperaturen liegen, können wir ein originelles Gerät erfinden, das perfekt für unsere Bedürfnisse funktioniert. Wenn du dir über das Ergebnis unsicher bist, kannst du die Antwort mit diesem Rechner zum Gesetz von Charles finden.

Zu den grundlegenden Gesetzen, die die große Mehrheit der thermodynamischen Prozesse beschreiben, gehören das Gesetz von Charles, das Boyle'sche Gesetz und das Gesetz von Gay-Lussac. Wir haben alle grundlegenden Gasübergangsprozesse in unserem Gas Gesetze Rechner 🇺🇸 zusammengefasst, mit dem du nicht nur die Endtemperatur, den Druck oder das Volumen, sondern auch die innere Energieänderung und die vom Gas verrichtete Arbeit berechnen kannst.