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Ideales Gas

Das Gesetz von Charles und Gay-Lussac

Mehr als 100 Jahre nachdem das Boyle-Mariott'sche Gesetz aufgestellt wurde, untersuchten Jaques Charles und Joseph Gay-Lussac, wie sich das Volumen eines Gases bei Änderungen der Temperatur verhält. Dazu mussten sie in der Lage sein, die Temperatur quantitativ zu messen. Hierzu dienten Quecksilberthermometer, da man entdeckt hatte, dass sich Flüssigkeiten näherungsweise linear mit der Temperatur ausdehnen. Zur Eichung wurden zwei beliebige, feste Temperaturmarken verwendet. So legte man in der Celsius-Skala willkürlich den Schmelzpunkt des Wassers bei 0°C und den Siedepunkt bei 100°C fest. Dadurch war man in der Lage, Temperaturen exakt zu bestimmen. Charles und etwas später Gay-Lussac verwendeten ein Glasrohr mit eingeschlossener Luft und einen beweglichen Stempel. Die Temperatur wurde mit einem Ölbad variiert.

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Abb.1
Schematische Darstellung der Messapparatur von Gay-Lussac
Wiley-VCH

Bei ihren Untersuchungen fanden Charles und Gay-Lussac, dass sich das Volumen eines Gases (Luft) linear mit der Temperatur ändert. Trägt man das Volumen V eines Gases bei konstantem Druck gegen die Temperatur θ in der Celsius-Skala auf, so erhält man eine Gerade, die mit der Geradengleichung beschrieben wird.

V = a + b θ

a ist der Ordinatenschnittpunkt und b die Steigung der Geraden.

Einführung der absoluten Temperatur

Damit lautet das Gesetz von Charles und Gay-Lussac (Gay-Lussac'sches Gesetz):

Gesetz
Das Volumen V einer bestimmten Stoffmenge n eines idealen Gases ist bei konstantem Druck p direkt proportional zur Temperatur T :
V p , n T oder V p , n T = const .
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