Download - Transportvorgänge in Gasen
![Page 1: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/1.jpg)
Transportvorgänge in Transportvorgänge in GasenGasen
Zum Versuch 11:
Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von
Gasen und Gasgemischen
Janine Bursa, Nora Heinrich
![Page 2: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/2.jpg)
Inhalt
Fluss
Gradient
Allg. Transportgleichung
Transportvorgänge Viskosität, Diffusion, Wärmeleitfähigkeit
Versuch 11 Aufbau, Durchführung, Auswertung
![Page 3: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/3.jpg)
Es findet ein „Temperaturfluss“ von der höheren zur niedrigeren Temperatur statt
Bsp.: Temperatur in zwei miteinander
verbundenen Gefäßen
![Page 4: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/4.jpg)
Fluss
Menge der Transportgröße, die pro Zeiteinheit durch eine Fläche transportiert wird
Adt
dJ
*
J
![Page 5: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/5.jpg)
Der Gradient...
...ist die treibende Kraft der Änderung
![Page 6: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/6.jpg)
dz
dagradaJ
**
dz
dJ
![Page 7: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/7.jpg)
z
Z0+λ
Z0-λ
Z0
FlussvonΓ
x
Γoben
Γunten
Fläche F
Γ groß
Γ klein
![Page 8: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/8.jpg)
ˆ
*ˆˆ
*ˆˆ
0
0
0
0
zzunten
zzoben
dz
d
dz
d
ist bezogen auf ein Teilchen
![Page 9: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/9.jpg)
obeneffunteneff
eff
zzJ
vV
Nz
ˆ*ˆ*
**4
1
![Page 10: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/10.jpg)
Allgemeine Transportgleichung
0
****2
1
zdz
dv
V
NJ
![Page 11: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/11.jpg)
Transport von...
Transportvorgänge
Diffusion
Wärmeleitung
Viskosität
... Materie (N/V)
... Impuls (mv)
... Innerer Energie (U)
![Page 12: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/12.jpg)
Viskosität / innere Reibung
Impulsübertragung:
Abbremsen oder Beschleunigen der anderen Teilchenschicht
![Page 13: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/13.jpg)
Viskosität - Transportgleichung
dz
mvdv
V
N
dtF
mvdJmv
)(****
2
1
*
)(
![Page 14: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/14.jpg)
Diffusion
Bsp.: Die Stoffe A und B sind in zwei separaten Gefäßen. Die Gefäße werden verbunden und es bilden sich Konzentrationsgradienten aus, d.h., die beiden Stoffe mischen sich.
ohne Wärme, keine Bewegung und ohne Bewegung, keine Mischung der Teilchen
Diffusion wird hervorgerufen durch thermische Bewegung der Teilchen
![Page 15: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/15.jpg)
Diffusion - Transportgleichung
dzVN
dv
dtFVN
dJV
N
***
2
1
*
1.Ficksches Gesetz
![Page 16: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/16.jpg)
Wärmeleitfähigkeit
Teilchen übertragen Wärme, bzw. innere Energie, indem sie mit anderen Teilchen zusammenstoßen
dz
Udv
V
N
dtF
dQJU ****
2
1
*
![Page 17: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/17.jpg)
Wärmeleitung-Transportgleichung
dz
dT
dT
Udv
V
NJU *****
2
1
A
v
N
c
dT
Ud
****2
1v
N
c
V
N
A
v
Mit:
ergibt sich für den Wärmeleitungs- koeffizienten κ (Kappa):
![Page 18: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/18.jpg)
Versuchsaufbau
Skizze:
![Page 19: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/19.jpg)
In der Messzelle gilt für ein Gasgemisch:
*baQ
Q = transportierte Wärmemengea und b = const.Molenbruch
xmby *
Gilt für reines Gas nur bei geringen Drücken
![Page 20: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/20.jpg)
1.) Eichkurve aufnehmen mit N2 bis 400 torrGas schrittweise ablassenSpannung ablesen(geringer Druckbereich ist wichtig)
2.) Gefäß mit N2 füllen, H2 zugeben Gleichgewicht einstellen lassenSpannung ablesen(circa 10 Werte)
Versuchsdurchführung
![Page 21: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/21.jpg)
Schaltung als Wheatstone‘sche Brücke
2*2
HbaU
PRQRU **2
Nullabgleich der Brücke durch Spannungsänderung
Spannungsänderung führt zu Stromänderung,
Stromänderung zur Temperaturänderung des Heizdrahtes,
dadurch zur Änderung des Widerstandes der Messzelle
![Page 22: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/22.jpg)
Gasgemisch
Wärmeleitfähigkeit Gemisch
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Molenbruch Wasserstoff
U²
![Page 23: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/23.jpg)
Reines Gas
![Page 24: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/24.jpg)
Auswertung
• Minimaler und maximaler Druck, Temperatur Bei geringen Drücken ist die Wärmeleitfähigkeit groß Bei hoher Temperatur ist die Wärmeleitfähigkeit groß
p
T
![Page 25: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/25.jpg)
• Molekulare und atomare Gase im Vergleich Molekulare Gase transportieren mehr Energie
• Wasserstoff und Stickstoff im Vergleich Wasserstoff hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit, weil1.) die Moleküle leichter sind2.) die Moleküle kleiner sind3.) die Wärmekapazität größer ist
Wärmeleitfähigkeit abhängig von Gasart!!!(unterschiedliches Gas = unterschiedliche Größe = unterschiedliches Gewicht)
![Page 26: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/26.jpg)
Wärmeleitfähigkeit ist abhängig von der Gasart!!!
sowievon der Temperatur
undvom Druck
des gegebenen Systems.
Fazit
![Page 27: Transportvorgänge in Gasen](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081501/5681508e550346895dbe89ec/html5/thumbnails/27.jpg)
Schönes Wochenende!