zum Directory-modus

Stoßfrequenz und Stoßdichte in Gasen

Teilchenstöße in Gasen

Die Teilchen eines Gases bewegen sich regellos und vollführen dabei fortlaufend Stöße untereinander. Ein solches Zusammentreffen von Molekülen ist eine Grundvoraussetzung für chemische Reaktionen in der Gasphase. Hohe Bedeutung hat daher die Zahl der Stöße, die ein Teilchen mit den anderen Teilchen im gegebenen Volumen pro Zeiteinheit erfährt. Diese als Stoßfrequenz bezeichnete Größe ist grundlegend für die theoretische Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit in der Gasphase.

Mit den Stoßvorgängen in Gasen verbinden sich folgende Begriffe, die im Weiteren behandelt werden.

  • Teilchengröße und Abstoßungskräfte
  • Stoßquerschnitt: Harte-Kugel-Modell
  • Stoßzylinder (am Beispiel der Stöße eines sich bewegenden Gasteilchens mit ortsfesten Teilchen)
  • Stoßachse (am Beispiel des Stoßes zweier sich bewegender Gasteilchens)
  • Reduzierte Masse
  • Mittlere Relativgeschwindigkeit (Berücksichtigung der unterschiedlichen Teilchengeschwindigkeiten)
  • Stoßfrequenz
  • Stoßdichte

Hinsichtlich der Herleitung einer Formel für die Stoßfrequenz liegt der einfachste Fall der Stöße dann vor, wenn das bewegende Teilchen nur auf ruhende Teilchen trifft. Aus dem Ergebnis entsteht dann mittels der Verteilungsdichtefunktion der Geschwinidgkeitskomponente entlang der Stoßachse die Harte-Kugel-Gleichung für die Stoßfrequenz in binären Gasmischungen und reinen Gasen. Zur Stoßdichte führt schließlich die Multiplikation mit der respektiven Teilchendichte.

Teilchengröße

Bei der elementaren Herleitung der kinetischen Druckformel spielt die Größe der Teilchen keine Rolle. Entscheidend sind ihre Masse und Geschwindigkeit sowie die auf die Wand übertragenen Impulse. Die Beschreibung von Stößen zwischen Teilchen setzt dagegen eine endliche „Teilchengröße” voraus. Die Punktmasse der Physik - eine gegebene Masse mit unendlich kleiner Ausdehnung - findet hier keine Anwendung. Makroskopisch äußert sich diese Teilchengröße in der geringen Kompressibilität einer kondensierten Phase im Vergleich zur Gasphase. Mikroskopisch gesehen liegen Abstoßungskräfte zwischen Teilchen vor. Sie machen das vollständige „Durchdringen” der Teilchen unmöglich.

<Seite 1 von 7