Physikalische Chemie
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Physikalische Chemie Ob Elektrochemie oder Quantenmechanik, das Feld der physikalischen Chemie ist weit! Hier könnt ihr Fragen von A wie Arrhenius-Gleichung bis Z wie Zeta-Potential stellen.

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Alt 30.11.2018, 19:41   #1   Druckbare Version zeigen
Ribose21 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
Verständnisproblem: Reversible Volumenarbeit

Sehr geehrte Community,

Auch wenn es im Internet und unteranderem hier genug Erklärungen zu diesem Thema gibt, begreife ich folgendes Thema immernoch nicht:

isotherne Reversible Volumenarbeit:
Ok es wird angenommen, dass der Aussendruck p(ex) zu jedem Zeitpunkt des Prozesses dem Gasdruck p entspricht. Wiso findet dann Volumsarbeit statt? Das System ist ja dann im Gleichgewicht mit der Umgebung oder? es müsste doch dann garnichts passieren. Und wiso ist dieser Prozess reversibel? Was bedeutet in diesem Fall reversibel.
Des weiteren findet ein irreversibler Prozess statt wenn der Aussendruck konstant ist. Wiso und was bedeutet hier irreversibel? Und wiso ist die reversible Arbeit größer as die irreversible?

PS: Thematisch ist dieser Stoff noch vor Thermodynamik, weshalb mir Begriffe wie Wärme usw nicht weiterhelfen werden und laut Skript zumindest für diese Thematik nicht notwendig ist.

Ich hoffe mir kann das wer einleuchtend erklären.

mfg Ribose
Ribose21 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 01.12.2018, 00:51   #2   Druckbare Version zeigen
Jonas__  
Mitglied
Beiträge: 242
AW: Verständnisproblem: Reversible Volumenarbeit

Hallo,
wie genau ist die Fragestellung?
Du hast ein äußeres unendliches Reservoir, mit p(ex) und z.B. einen Kolben ohne Gas. Wenn du den Kolben jetzt expandierst, dann arbeitest du gegen den Druck (Kraft/Fläche) an, und das ist Arbeit.

Der Unterschied zwischen rev. und irrev. Prozessen ist dass, bei rev. Prozessen das Integral von Anfang bis Anfang bei beliebigem Weg =0 ist.
Hilft das?
MfG
Jonas__ ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 13.12.2018, 23:07   #3   Druckbare Version zeigen
NilsM Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.290
AW: Verständnisproblem: Reversible Volumenarbeit

Machen wir ein Gedankenexperiment:
Wir haben ein Gas in einem geschlossenen Kolben bei der Temperatur T0, dem Druck 2p0 und dem Volumen V0.

Fall 1: Wir reduzieren den Druck isotherm in einem Schritt von 2p0 auf p0. Isotherm bedeutet das Gasgesetz von Boyle-Mariotte gilt: Halbierter Druck bedeutet doppeltes Volumen. Das Gas expandiert daher gegen den halben Druck auf das doppelte Volumen. Die Volumenarbeit beträgt dann
{W = -p_0 \cdot (2V_0-V_0) = -p_0 \cdot V_0}


Falls 2: Wir reduzieren den Schritt in zwei Schritten: 2p0 -> 1,5p0 -> p0.
Nach dem Gasgesetz von BM erhält man:
{2p_0 \cdot V_0 = 1.5p_0 \cdot V_1 \Rightarrow V_1 = \frac{4}{3}V_0}
Die Volumenarbeit im ersten Schritt beträgt also:
{W_1 = -\frac{3}{2}p_0 \cdot (\frac{4}{3}V_0-V_0) = -\frac{p_0 \cdot V_0}{2}}
Im zweiten Schritt erhält man in analoger Überlegung:
{W_2 = -\frac{2p_0 \cdot V_0}{3}}
Die gesamte Volumenarbeit beträgt diesmal also
{W_ges = W_1 + W_2 = -1.167\cdot p_0\cdot V_0}

Was erkennt man hier? Die verrichtete Arbeit hängt davon ab, wie die Zustandsänderung erfolgt. Beim ersten Mal wird das System ins Ungleichgewicht gebracht und reagiert sich "zurück" in die GGW-Lage. Beim zweiten Fall gelangt das System schneller wieder ins Gleichgewicht bei 1,5p0 und V1 und macht dann einen zweiten kleinen Schritt zum doppelten Volumen.
Man erkennt: Je mehr Gleichgewichtssituationen vorliegen, d.h. je kleiner die Ungleichgewichte sind, desto mehr Arbeit kann verrichtet werden. Im Grenzfall stellen wir uns vor, wir verringern den Anfangsdruck 2p0 um einen infinitesimal kleinen Beitrag dp und machen dafür unendlich viele Schritte --> die Volumenarbeit wird maximal. Anschaulich vorstellbar wie das Elefantenrennen zweier schwerer LKWs am Hang - der Unterschied in der Geschwindigkeit ist minimal, deshalb dauert der Prozess (elendig langsam). In jedem Schritt kann durch minimale Änderung eine Umkehr erfolgen. Ein solcher Prozess ist in jedem Schritte umkehrbar (reversibel) ohne das die Umgebung oder das Gas im Inneren eine dauerhafte Veränderung durchgemacht haben. Solche Prozesse sind in der Realität nicht durchführbar. Daher findet man in der Realität nur irreversible Prozesse.

Anderes Beispiel: Fadenpendel
Ein Fadenpendel ohne Reibung wird ewig weiterschwingen - der Prozess ist also perfekt reversibel - warum? Die Bewegungsgesetze der Physik enthalten keine Information über die Richtung in das Fadenpendel unterwegs ist - man kann nicht entscheiden, ob der Prozess vorwärts oder rückwärts abläuft. Erst wenn durch Reibung, Wärme und somit Entropie produziert wird, erhält der Prozess seine Richtung.

Eine Diskussion der Begriffe "reversibel" und "irreversibel" ist m.E. aber erst bei Kenntnis der Begriffe Wärme und Entropie sinnvoll - vorher sind das leere Namen. Daher verstehe ich den Aufbau des erwähnten Skripts nicht wirklich.
NilsM ist offline   Mit Zitat antworten
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