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 09.12.2006, 19:10   #1   Druckbare Version zeigen
deck42 Männlich
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Kompression/Expansion - totales Chaos

Hallo,

Ich versuche seit Wochen verzweifelt etwas Licht ins Dunkel der Begriffe der physikalischen Chemie zu bringen, aber bei dem sogenannten Joule-Thomson Effekt und dem ganzen Drumherum kapitulieren ich langsam. Ich habe den Atkins, Wikipedia, zahlreiche Uniskripts und euer Forum(!) durchsucht und es ist alles unklar. Hier ein Versuch Fragen zu formulieren, bin über jede Hilfe sehr happy, bitte versuchts!

-Ideale Gase ändern ihre Temperatur bei Kompression/Expansion nicht, richtig?
-"isenthalp" bedeutet H=const, aber warum ist dann pV=const (sagt Wikipedia-Artikel) und warum ist dQ=0?

-Nun zum Kern der Sache: Wenn ich ein reales Gas von alleine in ein Vakuum expandiere, dann kühlt es sich ab, weil die Energie zur Vergrösserung der Teilchenpotentiale (im "anziehend gerichteten", konservativen Kraftfeld seiner Teilchen) aus seiner Wärmeenergie verbraucht wird. Ist die Inversionstemperatur die jedes Gas besitzt jedoch überschritten, so ist das Kraftfeld "abstossend gerichtet" und bei der Expansion werden die Teilchenpotentiale erniedrigt, Energie wird frei, das Gas erwärmt sich. Beide Prozesse laufen freiwillig, weil sich die Entropie erhöht. Soweit ok (oder?)..
Bei der Kompression muss jedoch Arbeit verrichtet werden - warum, wegen der Entropieerniedrigung? Wohin fliesst diese Arbeit, erwärmt sie das Gas nicht zusätzlich? Kehren sich ansonsten die Prozesse vom Bsp. mit der Expansion einfach um und das Gas erwärmt sich also wegen der frei werdenden Potentialenergie usw.? Ist dann die Erwärmung bei der Kompression zurück auf das Ausgangsvolumen (vor der Expansion) dann aber nicht grösser als die Ausgangstemperatur? Denn: Das Gas wurde zusätzlich von der verrichteten Arbeit und nicht nur von der frei werdenden Potentialenergie erwärmt?
Und: Wie kann man sich die Tatsache, dass oberhalb einer bestimmten Inversionstemperatur sich das Potentialgefälle im konservativen Kraftfeld der Gasteilchen einfach umkehrt erklären??
Und weiter: Warum ist der Joule Thomson Effekt (NICHT der Joule Thomson Versuch!) isenthalp? (also nur der Effekt der Temperaturänderung bei Expansion/Kompression) Viel eher würde bei der Expansion einleuchten dass U=const, da dQ=0 und auch dW=0 da von aussen keine Arbeit verrichtet wird. Anders jedoch bei der Kompression, da ist dW>0, wie ist es also dort mit H und U?

Vielen Dank schonmal!
deck42 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 09.12.2006, 23:29   #2   Druckbare Version zeigen
deck42 Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 15
AW: Kompression/Expansion - totales Chaos

Vielen Dank erstmal!
Also zu der ersten Antwort: gemeint war ein adiabater Prozess. Wobei ich davon ausgegangen bin, dass dieser dann automatisch auch isotherm ist.
Ich dachte bei einer z.B. adiabaten Expansion sollte die Temperatur von idealen Gasen konstant bleiben, da es keine Wechselwirkung zwischen den Teilchen gibt und somit der weiter unten in meinem ersten Text beschriebene Effekt (Joule-Thomson) nicht auftritt. Falls Ihnen gerade zu dem Teil noch etwas einfällt wäre das toll, denn da ist die Verwirrung am grössten.
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Alt 11.12.2006, 12:31   #3   Druckbare Version zeigen
deck42 Männlich
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AW: Kompression/Expansion - totales Chaos

Also angenommen ich expandiere ein ideales Gas in ein Vakuum (also gegen den Druck p=0) adiabat. Kommt es dann zur Abkühlung und falls ja warum? Denn: Es gibt ja keine Teilchenwechselwirkung und damit sollten die Moleküle auch nicht langsamer werden oder?

Und nun zweiter Fall: Angenommen es ist ein reales Gas (sonst wie oben). Hier sollte dann ja der Joule-Thomson Effekt zum Tragen kommen. Was ich nun aber nicht verstehe: Wenn schon das IDEALE Gas sich abkühlte, dann sollte das REALE Gas sich unabhängig(!) vom Joule Thomson Effekt auch abkühlen - der Joule Thomson Effekt würde dann je nach Inversiontemperatur die Abkühlung nur verstärken oder abschwächen. Problem: Dann wäre aber die Inversionstemperatur nur der Faktor der entscheidet ob die Abkühlung schwächer oder stärker ist als beim idealen Gas. Im Widerspruch dazu habe ich aber gelesen dass die Inversionstemperatur vielmehr die Abkühlung bzw. Erwärmung komplett umkehrt, also ganz alleine über das Vorzeichen entscheidet...
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Alt 11.12.2006, 13:17   #4   Druckbare Version zeigen
deck42 Männlich
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AW: Kompression/Expansion - totales Chaos

Danke für Ihre Antwort, aber es geht mir um ein Beispiel im Vakuum bzw. unabhängig vom Joule-Thomson Versuch. (Die Rechnung kenne ich aus dem Atkins, aber leider beleuchtet sie für mich die Sache nicht anschaulich)
Siehe mein letzter Beitrag, falls Ihnen dazu noch etwas einfällt...
deck42 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 11.12.2006, 17:18   #5   Druckbare Version zeigen
deck42 Männlich
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Beiträge: 15
AW: Kompression/Expansion - totales Chaos

Also erstmal vielen Dank für die erneute Antwort.

Zitat:
Ja , aber sonst auch nichts. Womit sich das Weitere erledigt haben sollte
Ich hoffe es hat sich damit erledigt, nur eines noch: Bei der (adiabaten) Expansion ins Vakuum bleibt ein ideales Gas konstant warm. Damit ist klar: der JT-Effekt entscheidet über die Temp.-Änderung eines realen Gases (bei adiabater Exp. ins Vakuum). Aber: Wenn ich nun eben gegen die Atmosphäre expandiere, dann sehe ich das schon richtig dass der JT-Effekt DANN quasi nur eine sehr kleine Rolle spielt und das die Arbeit (gegen die Atm.) über Abkühlung entscheidet?
Und somit ist auch bei Kompression klar: Der JT-Effekt ist quasi zwar vorhanden (nur umgekehrt) aber unwichtig da Arbeit beim kompremieren hineingesteckt wird und diese erhitzt das Gas viel stärker als die Wirkung des JT-Effekts, oder?

Was ihren Beweis angeht: Der ist natürlich vollkommen schlüssig und einleuchtend. Ich verstand nur die Rolle des JT-Effektes nicht genau, vor allem im Vergleich mit idealen Gasen.
deck42 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.12.2006, 00:53   #6   Druckbare Version zeigen
deck42 Männlich
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Themenersteller
Beiträge: 15
AW: Kompression/Expansion - totales Chaos

Also das nenne ich präzise...
Vielen Dank für die kompetente Hilfe, ich denke es ist nun ziehmlich klar. Ich muss sagen dass die Literatur hier wirklich mangelhaft ungenau ist...
deck42 ist offline   Mit Zitat antworten
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