Gases: Basic Theory

00:01 Wir haben bereits über Flüssigkeiten gesprochen, jetzt kommen wir zu den Gasen.

00:04 Und Sie sehen, wie die Gase oder die Luft ein wenig anders in ihrem Verhalten sind und sich von den Flüssigkeiten unterscheiden.

00:11 Zur Erinnerung: Wir haben in diesem Kurs mit der Mechanik begonnen, dabei gaben wir Ihnen einen großen Überblick über viele verschiedene Arten von Variablen zur Beschreibung von Systemen.

00:18 Jetzt kommen wir zu den Dingen, die ich hier unten aufgelistet habe, viele verschiedene praktische Möglichkeiten, diese Mechanismen umzusetzen.

00:25 Wir haben mit Flüssigkeiten begonnen und werden uns nun den Mechanismen und Eigenschaften von Gasen widmen.

00:31 Wir werden zunächst mit der grundlegenden Theorie der Gase beginnen, dann dazu überleiten, wie man Gase beschreibt und einige grundlegende Gesetze erörtern und dann kommen wir zu einigen weiteren Gaseigenschaften und mehr angewandten Systemen.

00:42 Aber wir beginnen mit der grundlegenden Theorie.

00:45 Beginnen wir damit, wie wir Gase messen, insbesondere historisch und einigen der Möglichkeiten, wie wir zu den Gesetzen für Gase gekommen sind, die wir heute haben.

00:54 Wir beginnen also mit diesen Parametern: Temperatur, Druck und Volumen.

00:56 Wir werden dann zur kinetischen Theorie der Gase übergehen und versuchen, eine sehr systematische Art zu entwickeln, über Gase zu sprechen.

01:04 Wir werden das Boyle'sche, das Charles'sche und das Avogadro'sche Gesetz behandeln und uns mit der Art und Weise beschäftigen, wie sie auf diese Gesetze gekommen sind.

01:10 Und dann schließlich mit dem idealen Gasgesetz, das eine Kombination aus diesen beiden ist, und wie es zu verwenden ist.

01:15 Beginnen wir jedoch mit den grundlegenden messbaren Eigenschaften von Gasen.

01:20 Erstens: Wenn wir versuchen, ein Gas zu messen, können wir uns fragen, wie wir es bei einfachen Objekten wie Äpfeln oder anderen beweglichen Gegenständen getan haben: Was sind die grundlegenden Eigenschaften dieses Objekts? Wie kann ich das messen? Wie kann ich es quantitativ und wissenschaftlich erörtern? Einige dieser Eigenschaften sind also der Druck des Gases, das Volumen, d. h. wie viel Raum das Gas einnimmt, die Temperatur, die das Gas hat, und schließlich, wieviel davon es gibt, die Zahlen, genauer gesagt, die Anzahl der Moleküle des Gases.

01:53 Und wir werden darüber sprechen, wie diese Zahl gemessen wird, die Anzahl der Moleküle und die Einheit "Mol".

01:59 Aber fangen wir doch erst einmal mit dem Druck an.

02:01 Historisch gesehen können wir den Druck in einem System messen mithilfe des Quecksilberbarometers, z. B.

02:12 den atmosphärischen Druck.

02:14 Und was das ist, das ist sehr einfach, es ist eigentlich eine Schale, buchstäblich eine Schale mit Quecksilber, das bei Zimmertemperatur flüssig ist.

02:21 Sie haben also dieses sehr schwere flüssige Quecksilber in einer Schale mit einem Zylinder als Rohr über dem Quecksilber.

02:28 Und das ist der sehr wichtige Teil der Funktionsweise: Über dem Quecksilber im oberen Teil der Röhre herrscht ein Vakuum.

02:35 Das ist sehr wichtig, damit sich keine Luft im oberen Teil des Rohrs befindet.

02:38 Und auch etwas, was man über Quecksilber wissen sollte, wenn wir weitergehen, ist, dass sein chemischer Name Hg ist, wenn Sie also Hg oder mmHg sehen, was wir gleich besprechen werden, das bedeutet Quecksilber oder Millimeter Quecksilbersäule.

02:52 Bei einem Barometer wie diesem haben wir es mit dem Luftdruck zu tun, der auf die Oberfläche des gesamten Quecksilbers in der Schale drückt und die Kraft, die nach unten auf das Quecksilber wirkt, bewirkt, dass das Quecksilber in einer Röhre fast wie ein Hebel nach oben gehoben wird, wodurch das Quecksilber in der Röhre nach oben steigt.

03:09 Und das ist auch der Grund, warum es nach oben geht, denn oben in der Röhre, über dem Quecksilber, ist keine Luft.

03:14 Es gibt also nichts anderes, was reagieren oder das Quecksilber nach unten drücken könnte.

03:17 Das bedeutet, dass das Einzige, das den Druck, der das Quecksilber nach unten drückt und versucht, es zum Steigen zu bringen, bekämpft, einfach das Gewicht des Quecksilbers und der Röhre selbst ist.

03:27 Wir müssen also nur noch wissen, wie schwer das Quecksilber ist, wissen, wie schwer es ist, wie hoch die Masse ist und dann können wir die Masse des Quecksilbers und der Röhre direkt messen und mit dem Druck, der es zu heben versucht, vergleichen.

03:38 In diesem Fall von außerhalb der Atmosphäre.

03:41 Es stellt sich heraus, dass bei Atmosphärendruck, wie wir hier aufgeführt haben, die Höhe des Quecksilbers auf 760 Millimeter ansteigt.

03:49 Deshalb bezeichnen wir dies oft einfach als eine Druckeinheit, 760 Millimeter Quecksilbersäule.

03:55 Es ist wichtig, diese Zahl richtig zu nennen.

03:56 Und was wir tun, wie ich schon sagte, ist, den Drucks, der von der Quecksilbersäule ausgeht, einfach durch ihr Gewicht, mit dem Atmosphärendruck zu vergleichen.

04:05 Wir haben bereits genau besprochen, wie man den Druck einer Flüssigkeitssäule ermittelt und in diesem Fall ist es flüssiges Quecksilber.

04:12 Das wissen wir also aus unserer Gleichung für den Druck: rho (die Dichte) mal g mal die Höhe, auf die das Quecksilber gestiegen ist.

04:19 Wir wissen, dass der Druck einfach dieser Gleichung folgt, wobei für die Dichte von Quecksilber diese Variable rho verwendet wird.

04:27 Die Art und Weise, wie der Druck gemessen wird, habe ich bereits besprochen, sie besteht nur darin, die Höhe zu messen, wie hoch das Quecksilber steigt und wir können diese Höhe in der Tat als tatsächliches Maß verwenden, als Druckeinheit.

04:39 Und so kann man sagen, dass eine Atmosphäre dem Druck von 760 Millimetern entspricht, der Höhe des Quecksilbers, die wiederum als Hg gemessen oder geschrieben wird.