zum Directory-modus

Volumenarbeit

Isotherme Expansion des idealen Gases

Wir werden in den folgenden Abschnitten einige Rechnungen zur isothermen Volumenänderung eines idealen Gases durchführen. Obwohl sie auf den ersten Blick wenig mit Chemie zu tun zu haben scheinen, sind sie jedoch für das Verständnis der Theorie der chemischen Gleichgewichte von größter Wichtigkeit und sollten deswegen sorgfältig nachvollzogen werden.

Abb.1
Kolben zum Gedankenexperiment.

Zunächst denken wir den oben gezeigten Kolben mit einem Mol eines idealen Gases gefüllt und in einen Thermostaten gestellt. Eine entsprechende Masse auf dem Stempel sorgt für den gewünschten Druck pex. Ändern wir den Druck, so gilt immer pex V = const. , da die Temperatur konstant ist.

Wir betrachten vier Fälle einer isothermen Expansion. Jedes Mal wird das Gasvolumen insgesamt verdoppelt, die Druckänderung allerdings verschieden durchgeführt. Dafür schieben wir Massen ohne Höhenänderung vom Stempel herunter. Hierbei ist keine Arbeit zu leisten, da die Verschiebung senkrecht zur Erdanziehung stattfindet (Reibung vernachlässigt).

  • Fall A: Der Druck wird in einem Schritt halbiert
  • Fall B: Der Druck wird in zwei gleichen Schritten halbiert
  • Fall C: Der Druck wird in vier gleichen Schritten halbiert
  • Fall D: Isotherme Expansion im Druckgleichgewicht p gas = pex
Seite 2 von 7