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Thermodynamik

Vergrößerung des Abstandes der Moleküle bei einer Expansion (Joule-Thomson-Effekt)

Was ist der Joule-Thomson-Effekt?

Als Joule-Thomson-Effekt bezeichnet man die Abnahme der Temperatur bei realen Gasen, wenn diese gegen einen geringeren Druck expandieren! Im Artikel Freie Expansion eines idealen Gases im Vakuum wurde erläutert, dass die in...
Adiabatische Expansion eines idealen Gases gegen ein Vakuum (Endzustand)

Freie adiabate Expansion eines idealen Gases im Vakuum

Die Expansion eines idealen Gases gegen ein Vakuum in einem adiabaten System ist ein isothermer Prozess! Im Artikel zum isentropen Prozess wurde bereits angedeutet, dass die oft gleichgesetzte Bezeichnung "adiabatischer Prozess" an...
Expansion eines Gases in einem adiabaten System mit und ohne dissipation von Energie (Reibung)

Dissipative thermodynamische Prozesse in adiabaten Systemen

Erfahre in diesem Artikel mehr über die mathematische Beschreibung von dissipativen Prozessen mit Hilfe der Polytropengleichungen. Verrichtete Arbeit in adiabaten Systemen Viele technische Prozesse laufen in sehr kurzen Zeiten ab, wie bspw. die...
Polytrope Prozesse im Volumen-Druck-Diagramm

Polytroper Prozess in einem geschlossenen System

Erfahre in diesem Artikel mehr über polytrope thermodynamische Prozesse in geschlossenen Systemen. Ausgewählte Prozesse im Volumen-Druck-Diagramm Die untere Abbildung zeigt den Verlauf des Drucks in Abhängigkeit des Volumens für einen isobaren, isochoren, isothermen...
Zusammenfassung der Formeln und Gleichungen von polytropen Prozessen

Herleitung der Formeln für Arbeit und Wärme eines polytropen Prozesses

Erfahre in diesem Artikel mehr über die Herleitung der Formeln für die Berechnung der Arbeit, Wärme und Änderung der inneren Energie bei polytropen Prozessen. Polytrope Zustandsgleichungen Im Artikel Polytroper Prozess in einem geschlossenen...

Herleitung der Formeln für den isentropen „adiabaten“ Prozess

Erfahre in diesem Artikel mehr über die Herleitung der Formeln und Gleichungen zur Beschreibung des isentropen (adiabaten) Prozesses. Grundgleichungen Für die Herleitung der Zustandsgleichungen des isentropen Prozesses wird zunächst der erste Hauptsatz der...
Schnelle Zustandsänderungen im Zylinder eines Motors als Beispiel eines näherungsweise isentropen Prozesses

Isentroper („adiabater“) Prozess in einem geschlossenen System

Als isentroper Prozess bezeichnet man eine reversible Zustandsänderung in einem adiabaten System. Definition Während bei einem isochoren Prozess keine Volumenänderungsarbeit umgesetzt wird (WV=0) und sich beim isothermen Prozess keine Änderung der inneren Energie...
Isotherme Kompression der Luft in einer Luftpumpe

Isothermer Prozess in einem geschlossenen System

Erfahre in diesem Artikel mehr über die Berechnung von Druck, Volumen, Arbeit und Wärme bei einem isothermen Prozess in einem geschlossenen System. Eine Zustandsänderung bei der sich die Temperatur nicht ändert, bezeichnet...
Isochorer Prozess durch Erwärmung einer Gasflasche (konstantes Volumen)

Isochorer Prozess in einem geschlossenen System

Erfahre in diesem Artikel mehr über die Berechnung von Druck, Temperatur, Arbeit und Wärme bei einem isochoren Prozess in einem geschlossenen System. Ändert sich bei einer Zustandsänderung das Volumen des eingeschlossenen Gases...
Isobarer Prozess durch Erwärmung eines gasgefüllten Zylinders (konstanter Druck)

Isobarer Prozess in einem geschlossenen System

Erfahre in diesem Artikel mehr über die Berechnung von Volumen, Temperatur, Arbeit und Wärme bei einem isobaren Prozess in einem geschlossenen System. Eine Zustandsänderung bei der sich der Druck nicht ändert, wird...
Phasendiagramm zur Beschreibung Verflüssigung eines realen Gases am Beispiel von Kohlendioxid

Erklärung der Verflüssigung von Gasen (Van-der-Waals-Gleichung)

Erfahre in diesem Artikel, wie sich mit Hilfe der Van-der-Waals-Gleichung die Verflüssigung von Gasen bei hohen Drücken erklären lässt. Van-der-Waals-Gleichung Die ideale Gasgleichung beschreibt unter vereinfachten Bedingungen das Verhalten von idealen Gasen. Bei...
Dissipation von Energie durch Reibung am Beispiel eines Autos in einer Achterbahn

Was versteht man unter Dissipation von Energie?

Als Dissipation versteht man die (teilweise) Umwandlung einer Energieform in thermische Energie, die nicht mehr vollständig zurück in die ursprüngliche Energieform umgewandelt werden kann. Definition Das Wort Dissipation kommt aus dem Lateinischen und...
Umwandlung von Wärmeenergie in Arbeit

Volumenänderungsarbeit (Volumenarbeit)

Die Volumenänderungsarbeit (Volumenarbeit) entspricht der am Gas oder vom Gas verrichteten Arbeit aufgrund des wirkenden Gasdrucks bei Volumenänderung. Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen In der Thermodynamik spielen Gase eine wichtige Rolle. Durch sie findet beispielsweise...
Betrachtung einer kleinen Änderung des Volumens bei nahezu konstantem Druck

Herleitung der Volumenänderungsarbeit (Volumenarbeit)

Erfahre in diesem Artikel, weshalb die Fläche unter der Kurve im Volumen-Druck-Diagramm der Volumenänderungsarbeit entspricht. Im Artikel Volumenänderungsarbeit wurde ohne nähere Erläuterung gesagt, dass die Fläche unter der Zustandskurve in einem...
Energieflussdiagramm unter Berücksichtigung der Reibung (dissipativer Prozess)

Dissipation von Energie in geschlossenen Systemen

Erfahre in diesem Artikel, warum bei Vorgängen mit Reibung, die Volumenänderungsarbeit des Gases nicht dem vom System verrichteten Arbeit entspricht. Volumenänderungsarbeit (Volumenarbeit) Im Artikel Volumenänderungsarbeit wurde ausführlich erläutert, dass die vom Gas oder...
Getränk mit Eiswürfel

Kühlen von Getränken mit Eiswürfel (Herleitung und Berechnung mit Formel)

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Erfahre in diesem Artikel mehr zur Berechnung der Endtemperatur eines Getränkes beim Kühlen mit Eiswürfel. Einleitung (Excel-Tabelle zur Berechnung) Möchte man im Sommer ein warmes Getränk relativ schnell kühlen, so nutzt man hierzu...
Warum kocht Wasser in großen Höhen bereits bei geringeren Temperaturen?

Warum kocht Wasser in großen Höhen früher?

Aufgrund des geringeren Drucks sinkt der Siedepunkt des Wassers und das Wasser kocht in großen Höhen früher. Kochen auf dem Mount Everest Mit zunehmender Höhe über dem Meeresspiegel nimmt der Luftdruck mehr und...
Experiment zur Demonstration des Temperaturanstiegs bei einer Kompression (adiabatischer Prozess)

Warum erhöhen sich Druck und Temperatur bei der Kompression eines Gases?

Die Energiezufuhr durch Arbeit während der Kompression eines Gases führt zur Erhöhung des Drucks und der Temperatur. Während eine Temperaturerhöhung durch Wärmezufuhr direkt aus der Alltagserfahrung heraus nachvollziehbar ist, ist eine Temperaturerhöhung...
Vergleich des Volumens zwischen flüssigem Wasser und gasförmigem Wasser (Wasserdampf)

Unterschied zwischen Verdampfungswärme und Verdampfungsenthalpie

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Die zugeführte Verdampfungswärme (Prozessgröße) führt bei einer isobaren Verdampfung zur Änderung der Enthalpie des Stoffes (Zustandsgröße). Volumenausdehnung beim Verdampfen Im Artikel Spezifische Verdampfungswärme (latente Wärme) wurde erläutert, dass die Verdampfungswärme für das Aufbrechen...
Beregnen einer Weinrebe mit Wasser als Frostschutz (Frostschutzberegnung)

Frostschutzberegnung

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Bei der Frostschutzberegnung bleiben die Blüten durch die freiwerdende Erstarrungswärme während des Gefrierens des Wassers vor zu niedrigen Temperaturen geschützt. Sind die heranwachsenden Früchte von Sträuchern oder Bäumen in kalten Frühlingsnächten Minusgraden...
Freiwerdende Kondensationswärme beim Kondensieren von Wasserdampf führt zu schweren Verbrennungen

Warum sind Verbrennungen an Wasserdampf gefährlicher als an flüssigem Wasser?

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Verbrennungen an Wasserdampf sind deshalb gefährlicher, weil beim Kondensieren zusätzlich latente Wärme in Form von Kondensationswärme freigesetzt wird. Um einen flüssigen Stoff zu verdampfen muss Wärme zugeführt werden, um die intermolekularen Bindungen...
Löschen eines Feuers durch Wasser mit einem Feuerlöscher

Warum löscht Wasser Feuer?

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Wasser entzieht der Brandstelle durch die Aufnahme einer sehr großen Wärmemenge beim Verdampfen, der Brandstelle Energie und kühlt sie somit aus, bis das Feuer erlischt! Die einfache Antwort auf diese Wäre würde...
Zufuhr von Schmelzwärme beim Schmelzen und Abfuhr von Erstarrungswärme beim Gefrieren

Spezifische Erstarrungswärme (latente Wärme)

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Als spezifische Erstarrungswärme bezeichnet man die zum Erstarren einer Flüssigkeit abzuführende Wärmeenergie pro Kilogramm des Stoffes! Schmelzen und Erstarren Im Artikel zur spezifischen Schmelzwärme wurde ausführlich erläutert, dass beim Schmelzen eines Feststoffes Energie...
Schmelzen von Metall

Spezifische Schmelzwärme (latente Wärme)

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Als spezifische Schmelzwärme (Schmelzenthalpie) bezeichnet man die zum Schmelzen einer Flüssigkeit notwendige Wärmeenergie pro Kilogramm des Stoffes! Schmelzprozess Wird ein Feststoff mehr und mehr erwärmt, dann wird irgendwann der Schmelzpunkt erreicht. In diesem...
Verdampfen und Kondensieren am Beispiel von kochendem Wasser auf einer Herdplatte

Spezifische Kondensationswärme (latente Wärme)

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Als spezifische Kondensationswärme bezeichnet man die zur Kondensation eines Gases abzuführende Wärmeenergie pro Kilogramm des Stoffes! Verdampfung und Kondensation Im Artikel zur Spezifischen Verdampfungswärme wurde ausführlich erläutert, dass beim Verdampfen einer Flüssigkeit Energie...
Verdampfung von Wasser in einem Topf auf einer Herdplatte

Spezifische Verdampfungswärme (latente Wärme)

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Als spezifische Verdampfungswärme (Verdampfungsenthalpie) bezeichnet man die zur Verdampfung einer Flüssigkeit notwendige Wärmeenergie pro Kilogramm des Stoffes! Verdampfungsprozess Wird eine Flüssigkeit mehr und mehr erwärmt, dann wird irgendwann der Siedepunkt erreicht. In diesem...
Berücksichtigung der gegenseitigen Anziehungskraft zwischen den Teilchen

Van-der-Waals-Gleichung (Gasgesetz für reale Gase)

Die Van-der-Waals-Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen Druck, Volumen und Temperatur für reale Gase. Ideale Gasgleichung (Gasgesetz für ideale Gase) In thermodynamischen Prozessen werden Gase der Einfachheit halber häufig als ideale Gase betrachtet. Je...
Temperatur in Abhängigkeit der Zeit während des Schmelzens

Warum bleibt die Temperatur bei einer Änderung des Aggregatzustandes konstant?

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Während der Änderung des Aggregatzustandes wird die zugeführte Energie nicht zur Erhöhung der Bewegungsenergie der Teilchen genutzt, sondern zur Änderung der Bindungsenergien. Konstante Temperatur beim Verdampfen und Schmelzen Wird Wasser mit einem...
Mischtemperatur beim Mischen zweier Flüssigkeiten

Herleitung der Richmannsche Mischungsregel (Mischtemperatur von Flüssigkeiten)

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Die Richmannsche Mischungsregel beschreibt die sich im thermodynamischen Gleichgewicht ergebende Endtemperatur, wenn zwei Körper mit unterschiedlichen Anfangstemperaturen in Kontakt gebracht werden. Adiabater Mischungsvorgang Werden zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen in Kontakt miteinander gebracht,...
Erwärmung eines Topf mit Wassers mit einer Wurst darin

Erwärmung und Abkühlung von mehreren Gegenständen

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Erfahre in diesem Artikel mehr über die Berechnung der sich einstellenden Endtemperatur von mehreren Gegenständen mit unterschiedlichen Temperaturen. Erwärmung mehrerer Gegenstände Ob gewollt oder ungewollt, hat man es bei realen Erwärmungsprozessen oder Abkühlvorgängen...
Wärmekapazität eines Kaminofens bestehend aus verschiedenen Materialien

Wärmekapazität von Gegenständen

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Als Wärmekapazität versteht man die erforderliche Wärmeenergie die nötig ist, um die Temperatur eines Gegenstandes um 1 Kelvin (1 °C) zu erhöhen. Erfahren Sie in diesem Artikel mehr darüber. Spezifische Wärmekapazität von...
Kalorimeter zur Ermittlung der spezifischen Wärmekapazität von Flüssigkeiten (Kalorimetrie)

Kalorimeter zur Ermittlung der spezifischen Wärmekapazitäten von Flüssigkeiten

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Die Kalorimetrie beschäftigt sich mit der Messung von Wärmemengen. Diese Messungen beruhen auf Temperaturänderungen, anhand deren die umgesetzten Wärmemengen ermittelt werden. Versuchsaufbau Die in der Kalorimetrie verwendeten Versuchsaufbauten werden als Kalorimeter bezeichnet (vom...
Erwärmung eines Gases bei konstantem Volumen (links) und konstantem Druck (rechts)

Spezifische Wärmekapazität von Gasen (bei konstantem Druck bzw. Volumen)

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Aufgrund der Kompressibilität muss bei Gasen zwischen der isobaren und der isochoren spezifischen Wärmekapazität unterschieden werden. Unterscheidung zwischen isochorer und isobarer Wärmezufuhr Anders als bei flüssigen oder festen Materialien, kommt bei gasförmigen Stoffen...
Spezifische Wärmekapazität von Wasser/Eis/Dampf in Abhängigkeit der Temperatur

Spezifische Wärmekapazität von Wasser

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Die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist von der Temperatur abhängig und stark abhängig vom Aggregatzustand. Die spezifische Wärmekapazität ist keine reine Stoffkonstante, sondern je hängt von der Temperatur und vor allem vom...
Wärmekapazität ausgewählter Stoffe

Spezifische Wärmekapazität ausgewählter Stoffe

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Erfahre in diesem Artikel mehr über die spezifische Wärmekapazität von Stoffen und die Auswirkungen auf das zeitliche Temperaturverhalten bei Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr. Definition der spezifischen Wärmekapazität Die spezifische Wärmekapazität gibt anschaulich an, wie...
Verringerung der Temperatur durch Wärmeabfuhr am Beispiel eines Glases mit Wasser und Eiswürfel

Wichtige Anmerkungen zur spezifischen Wärmekapazität

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Definition der spezifischen Wärmekapazität Die spezifische Wärmekapazität c beschreibt den Zusammenhang zwischen einer Wärmezufuhr Q und der damit verbundenen Temperaturerhöhung ΔT eines Stoffes der Masse m: begin{align}label{q}& boxed{Q = c cdot m cdot...
Versuchsaufbau zur experimentellen Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser

Spezifische Wärmekapazität (Herleitung und Definition)

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Die spezifische Wärmekapazität gibt anschaulich an, wie viel Wärme einem Stoff der Masse 1 kg zugeführt werden muss, um dessen Temperatur um 1 K (1 °C) zu erhöhen. Einleitung Die Temperatur eines Stoffes...
Experiment zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Änderung der inneren Energie und Temperaturänderung bei idealen Gasen

Berechnung der inneren Energie für ideale Gase

Erfahre in diesem Artikel mehr über die Berechnung der inneren Energie für ideale Gase. Erster Hauptsatz der Thermodynamik Im Artikel Innere Energie von idealen Gasen wurde ausführlich erläutert, dass bei idealen Gasen nur...
Erhöhung Lufttemperatur durch Energiezufuhr während der Kompression beim Aufpumpen eines Fahrradreifens

Innere Energie von idealen Gasen

Bei idealen Gasen hängt die Änderung der inneren Energie direkt mit der Änderung der Temperatur zusammen. Vereinfachte Annahmen für ideale Gase In der Thermodynamik spielen vor allem Gase eine wichtige Rolle. Man denke...
Experiment zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Temperatur und Volumen bei konstantem Druck

Gesetz von Gay-Lussac für ideale Gase

Das Gesetz von Gay-Lussac beschreibt die Zunahme des Volumens bei zunehmender Temperatur für eine Zustandsänderung bei konstantem Druck (isobarer Prozess). Isobare Zustandsänderung Erfolgen thermodynamische Prozesse bei konstantem Druck, so werden diese auch als isobare...
Experiment zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Druck und Temperatur bei konstantem Volumen

Gesetz von Amontons für ideale Gase

Das Gesetz von Amontons beschreibt die Zunahme des Druck bei zunehmender Temperatur für eine Zustandsänderung bei konstantem Volumen (isochorer Prozess). Isochore Zustandsänderung Erfolgen thermodynamische Prozesse bei konstantem Volumen, so werden diese auch als...
Experiment zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Volumen und Druck bei konstanter Temperatur

Gesetz von Boyle-Mariotte für ideale Gase

Das Gesetz von Boyle-Mariotte beschreibt die Zunahme des Druck bei abnehmendem Volumen für eine Zustandsänderung bei konstanter Temperatur (isothermer Prozess). Isotherme Zustandsänderung Erfolgen thermodynamische Prozesse bei konstanter Temperatur, so werden diese als isotherme...
Temperaturschichtung eines Sees im Sommer

Warum gefriert ein See im Winter von oben zu?

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Erfahren sie in diesem Artikel, warum ein See im Winter immer von oben zufriert. Die Dichteanomalie des Wassers hat eine existenzielle Bedeutung für das Leben auf der Erde. Genauer gesagt: für das...
Forestville (Kanada) und Karlsruhe (Deutschland) auf dem 49. Breitengrad

Der Golfstrom & das globale Förderband der Erde

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Als Golfstrom bezeichnet man eine Meeresströmung im Atlantik, die als Teil des globalen Förderbandes der Erde das Klima in Nord- und Westeuropa entscheidend beeinflusst. Das globale Förderband In der unten abgebildeten Weltkarte ist...

Unterschied zwischen Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit, Wärmeübergangskoeffizient und Wärmedurchgangskoeffizient

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Erfahre in diesem Artikel mehr über die Unterschiede und Bedeutung von Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit, Wärmeübergangskoeffizient und Wärmedurchgangskoeffizient, etc. Wärmeleitfähigkeit Die Wärmeleitfähigkeit (lambda) beschreibt den stationären Wärmetransport durch Wärmeleitung infolge eines Temperaturgradienten (frac{Delta T}{Delta x})....
Konvektionsströmung bei Heizkörpern, die unterhalb eines Fensters angeordnet sind

Warum befinden sich Heizkörper meist unter einem Fenster?

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Erfahre in diesem Artikel warum sich Heizkörper meist unter einem Fenster befinden? Warmwasserheizungen nutzen das Prinzip der Wärmeströmung. Das Wasser wird dabei durch eine Wärmequelle erwärmt und dann mithilfe von Pumpen zu...
Impulsaustausch als Ursache der Viskosität von idealen Gasen

Viskosität eines idealen Gases

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Die Viskosität von (idealen) Gasen beruht auf dem Impulstransport aufgrund von Diffusionsprozesse zwischen den einzelnen Fluidschichten Definition der Viskosität Im Artikel Viskosität wurde die Ursache der Viskosität hauptsächlich auf Anziehungskräfte zwischen den Schichten...
Zylinder mit einem beweglichen Kolben

Thermische Zustandsgleichung idealer Gase (allgemeine Gasgleichung)

Die thermische Zustandsgleichung (allgemeine Gasgleichung) beschreibt den Zusammenhang zwischen Druck, Volumen, Masse und Temperatur eines idealen Gases. Einflussgrößen auf den Gasdruck Die untere Abbildung zeigt einen gasgefüllten Zylinder, der mit einem beweglichen Kolben...
Definition der thermischen Grenzschicht (Temperaturgrenzschicht)

Thermische Grenzschicht und Konzentrationsgrenzschicht

Neben der hydrodynamischen Grenzschicht beeinflusst auch die thermische Grenzschicht und die Konzentrationsgrenzschicht den gesamten Wärme- und Stofftransport einer Strömung entscheidend. Temperaturgrenzschicht (thermische Grenzschicht) Im Artikel zur hydrodynamischen Grenzschicht wurde am Beispiel einer überströmten...
Hydrodynamische Grenzschicht, thermische Grenzschicht und Konzentrationsgrenzschicht

Dimensionslose Kennzahlen der Grenzschichten (Prandtl-Zahl, Schmidt-Zahl, Lewis-Zahl)

Zur Beschreibung des Wärme- und Stofftransports führt man dimensionslose Kennzahlen ein, um die Transportvorgänge innerhalb der Grenzschichten zu beschreiben. Zwischen einem strömenden Fluid und einer festen Oberfläche, kommt es zur Ausbildung verschiedener...
Konvektiver Wärmetransport zwischen einem erwärmten Rohr und einem hindurch strömenden Fluid

Prandtl-Zahl

Die Prandtl-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung des Wärme- und Impulstransports. Definition Im Artikel zu den verschiedenen Grenzschichten wurde auf die Bedeutung dieser Grenzschichten was den Wärme- und Stoffübergang angeht, bereits ausführlicher...
Lewis-Zahl als Maß für das Verhältnis der Dicken von thermischer Grenzschicht und Konzentrationsgrenzschicht

Lewis-Zahl

Die Lewis-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung des Wärme- und Stofftransports. Die Lewis-Zahl kommt also immer dann ins Spiel, wenn in einem strömenden Fluid sowohl ein Wärmetransport durch Leitung als auch...
Konvektive Wärmeübertragung an einer flachen Platte mit laminar-turbulenter Strömung

Berechnung der Nusselt-Zahlen für erzwungene Strömungen über Platten und in Rohren

In diesem Artikel finden Sie Formeln zur Berechnung der lokalen und mittleren Nusselt-Zahlen für erzwungene Strömungen über Platten und in Rohren mit kreisförmigem Querschnitt. Nusselt-Zahl Die Definition und die Bedeutung der Nusselt-Zahl als...
Definition des Wärmeübergangskoeffizienten für konvektiven Wärmetransport

Wärmeübergangskoeffizient für Konvektion

Der Wärmeübergangskoeffizient beschreibt den konvektiven Wärmeübergang von einem Festkörper auf ein strömendes Fluid und umgekehrt! Einleitung Der Wärmeübergangskoeffizient beschreibt den konvektiven Wärmeübergang von einem Festkörper auf ein strömendes Fluid (Gas bzw. Flüssigkeit) oder...
Einfluss der hydrodynamischen und thermischen Grenzschicht auf den konvektiven Wärmeübergang

Nusselt-Zahl zur Beschreibung konvektiver Wärmeübergänge

Die Nusselt-Zahl ist eine dimensionslose Ähnlichkeitskenngröße zur Beschreibung des konvektiven Wärmeübergangs, unabhängig der Größe des Systems. Einleitung Der konvektive Wärmeübergang beschreibt den Wärmetransport zwischen einer festen Oberfläche und eines strömenden Fluids. Der dabei...
Definition der hydrodynamischen Grenzschicht (Geschwindigkeitsgrenzschicht)

Hydrodynamische Grenzschicht

Die hydrodynamische Grenzschicht einer Strömung beeinflusst den Wärme- und Stofftransport entscheidend. Einleitung In diesem Artikel betrachten wir die Grenzschichten zwischen einem Festkörper und einem strömenden Fluid etwas näher. Solche Grenzschichten beeinflussen zum...
Verlauf der Temperatur durch die Wand eines zylindrischen Rohrs

Temperaturverläufe und Wärmeströme durch verschiedene Geometrien

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In diesem Artikel betrachten wir Temperaturverläufe und Wärmeströme durch eine ebene Wand, durch ein zylindrisches Rohr und durch eine Hohlkugel. Einleitung Temperaturdifferenzen verursachen Wärmeströmen. Diese Wärmeströme wiederum sorgen im stationären Fall je nach...
Prinzip der Wärmeleitung in Feststoffen durch Schwingung der Atome

Wärmeleitung in Feststoffen und idealen Gasen

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Die Wärmeleitfähigkeit in kristallinen, nicht-metallischen Feststoffen nimmt steigender Temperatur zunächst zu und dann wieder ab. Phononen: Quasiteilchen der Gitterschwingungen Unter Wärmeleitung versteht man den Transport von thermischer Energie durch einen Stoff...
Illustration des Photonengases in einem Schwarzen Hohlkörper

Thermodynamische Herleitung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes

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In diesem Artikel wird das Stefan-Boltzmann-Gesetz mit Hilfe der Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik hergeleitet. Einleitung Für die Herleitung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes müssen zunächst grundlegende Zusammenhänge geklärt werden. Auf diese wird in den folgenden Abschnitten näher...
Strahlung eines schwarzen Körpers in den Halbraum hinein

Unterschiedliche Formen des Planck’schen Strahlungsgesetzes

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Das Planck'sche Strahlungsgesetz kann in unterschiedlichen Formen dargestellt werden. Auf die wichtigsten wird in diesem Artikel eingegangen. Einleitung Mithilfe des Planck'schen Strahlungsgesetzes lässt sich die von schwarzen Körper ausgesendete Strahlung mathematisch beschreiben. Dabei...
Spektrale Verteilung der Intensität der Strahlung eines Schwarzen Körpers (Planck-Spektrum)

Planck’sches Strahlungsgesetz und Wien’sches Verschiebungsgesetz

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Das Planck'sche Strahlungsgesetz beschreibt die ausgesendete Strahlung von schwarzen Körpern und das Wien'sche Verschiebungsgesetz das spektrale Intensitätsmaximum dieser Strahlung. Planck'sches Strahlungsgesetz Das ausgesendete Wellenlängenspektrum der Schwarzkörperstrahlung wie es die untere Abbildung zeigt konnte...
Aufbau eines Laser-Flash-Analysators (LFA) zur Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit

Laser-Flash Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit (LFA)

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Beim Laser-Flash Verfahren (LFA, Laser-Flash Apparatur) bestimmt man die Wärmeleitfähigkeit über die Temperaturausbreitung in einer Probe, die mit Hilfe eines kurzzeitigen Laser-Impuls von der einen Seite erwärmt wird. Laser-Flash-Verfahren (Laser Flash Apparatus,...
Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit mit dem Heizdrahtverfahren (Transient Hot Wire, HTW)

Heizdrahtverfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit (THW)

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Beim Heizdrahtverfahren (Transient Hot Wire, THW) bestimmt man die Wärmeleitfähigkeit über die zeitliche Temperaturerhöhung einer Probe in einem gewissen Abstand zu einem Heizdraht. Aufbau Beim Heizdrahtverfahren bestimmt man die Wärmeleitfähigkeit anhand der zeitlichen...
Aufbau eines Plattenmessgerätes nach dem Guarded-Hot-Plate-Verfahren

Guarded-Hot-Plate Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit (GHP)

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Beim Guarded-Hot-Plate Verfahren (GHP) bestimmt man die Wärmeleitfähigkeit über die elektrische Leistung einer Heizplatte bei gezielter Wärmeführung. Wärmeleitfähigkeit Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Maß wie gut oder schlecht ein Material Wärme durch sich hindurch...
Aufbau eines Wärmestromplattenmessgeräts zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit (Heat-Flow-Meter)

Heat-Flow-Meter Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit (HFM)

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Beim Heat-Flow-Meter Verfahren (HFM) bestimmt man die Wärmeleitfähigkeit über die vergleichende Messung des Wärmestroms mit Hilfe einer Referenzprobe. Wärmeleitfähigkeit Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Maß wie gut oder schlecht ein Material Wärme durch sich...
Temperaturverlauf entlang eines punktuell erhitzten dünnen Stabes

Herleitung der Wärmeleitungsgleichung (Diffusionsgleichung)

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Die Wärmeleitungsgleichung beschreibt für die Wärmeleitung das zeitliche und räumliche Verhalten der Temperatur. Herleitung der Wärmeleitungsgleichung Wir betrachten zunächst den eindimensionalen Fall der Wärmeleitung. Dieser lässt sich mit einem langen dünnen Stab in...
Sonne als Schwarzer Körper mit einer Oberflächentemperatur von 5778 K

Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung

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Beim Wärmetransport durch Wärmestrahlung wird Wärme ohne das Vorhandensein eines Stoffes durch elektromagnetische Strahlung transportiert! Die in separaten Artikeln erläuterten Mechanismen der Wärmeströmung und der Wärmeleitung haben eines gemeinsam: es müssen Teilchen...
Wärmeübertragung durch Wärmeströmung am Beispiel einer Zentralheizung

Wärmeübertragung durch Strömung (Konvektion)

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Beim Wärmetransport durch Konvektion fließt Wärme mit einem strömenden Stoff mit (auch Wärmeströmung genannt). Einleitung Eine Möglichkeit der Wärmeübertragung besteht darin, dass heiße Stoffe von einer Stelle zur anderen strömen und dabei entsprechend...
Experiment zur Demonstration des Wärmetransports durch Wärmeleitung

Wärmeübertragung durch Wärmeleitung

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Bei der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung wird Wärme durch einen Stoff hindurchgeleitet. Thermische Energie wird dabei auf atomarer Ebene von Teilchen zu Teilchen weitergeleitet. Einleitung Das Prinzip der Wärmeströmung (Konvektion) kann grundsätzlich nur in...
Versuchsaufbau zur experimentellen Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit

Experimentelle Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit

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Erfahren Sie in diesem Artikel mehr über die experimentelle Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Stoffen mit Hilfe von Wasserdampf und Eis. Wärmeleitfähigkeit Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Maß wie gut oder schlecht ein Material Wärme...
Aufbau einer Gebäudewand zur Berechnung des U-Werts

Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert)

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Der Wärmedurchgangskoeffizient (ugs. U-Wert) beschreibt den Wärmetransport durch einen festen Gegenstand, der sich zwischen zwei Fluiden (Gas oder Flüssigkeit) mit unterschiedlichen Temperaturen befindet. Definition und Einheit des U-Werts Der U-Wert U gibt an...
Mittlere freie Weglänge in einem verdünnten Gas (geringer Druck) und einem dichten Gas (hoher Druck)

Wärmeleitfähigkeit von Gasen

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Die Wärmeleitfähigkeit von idealen Gasen ist für nicht allzu stark verdünnte Gase nicht vom Druck abhängig. Für verdünnte Gase gilt dies nicht mehr. Einleitung Im Artikel Wärmeleitung in Feststoffen und idealen Gasen wurde...
Wärmestrom von einem heißen Gegenstand auf einen kühleren

Wärmestrom: Definition und Richtung

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Der Wärmestrom beschreibt die pro Zeiteinheit übertragene Wärmeenergie, d.h. eine Wärmeleistung. Antrieb für den Wärmestrom ist eine Temperaturdifferenz. Richtung des Wärmeflusses Stehen zweier Gegenstände mit unterschiedlichen Temperaturen in Kontakt miteinander, so sind diese...
Wärmeleitung durch eine Hauswand

Wärmeleitfähigkeit (Fouriersches Gesetz)

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Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Maß wie gut oder schlecht ein Material Energie in Form von Wärme durch sich hindurch leitet (Maß für die Stärke der Wärmeleitung)! Wärmeleitung Im Allgemeinen kann Wärme auf drei...
Aufbau und Funktion einer Thermoskanne

Aufbau und Funktion einer Thermoskanne

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Erfahre in diesem Artikel mehr über den Aufbau und die Funktion einer Thermoskanne. Der Grund, weshalb heißer Tee oder Kaffee in einer Thermoskanne so lange warm bleibt, liegt im besondere Aufbau der...
Wärmebild einer Tasse mit heißem Tee und eines Gebäudes

Wärmeübertragung (Wärmetransport)

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Als Wärmeübertragung bezeichnet man den Transport von thermischer Energie von einem wärmeren auf einen kühleren Gegenstand. Beispiel 1: Gebäude Die untere Abbildung zeigt die Wärmebildaufnahme eines Gebäudes. Aufgrund der Farbcodierung wird hierdurch die...
Einstellen einer Mischtemperatur beim Eingießen kalter Milch in eine Tasse mit heißem Kaffee

Wärme und thermodynamisches Gleichgewicht

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Wärme bezeichnet in der Thermodynamik ein Energietransport aufgrund einer Temperaturdifferenz. Wärmeenergie ist in diesem Sinne niemals "Inhalt" eines Gegenstandes! Temperaturangleichung zweier Stoffe Die Alltagserfahrung zeigt, dass sich die Temperaturen zweier Gegenstände mit der...
Funktionsprinzip einer Wärmepumpe (Umwandlung von Arbeit in Wärme)

Die Prozessgrößen: Wärme und Arbeit

Arbeit und Wärme sind Prozessgrößen, die in der Thermodynamik den Prozess der Energiezufuhr oder -abfuhr eines Körpers beschreiben! Energiezufuhr durch Arbeit und Wärme Einem Stoff kann Energie in unterschiedlichen Formen zugeführt werden; zum...
Energieübertragung durch Wärme und Arbeit (Kompression) auf ein Gas

Innere Energie & Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Als innere Energie bezeichnet man die Summe der verschiedenen Energieformen auf mikroskopischer Ebene im Inneren eines Stoffes. Energieübertragung durch Wärme und Arbeit Im Artikel Die Prozessgrößen: Wärme und Arbeit wurde ausführlich erläutert, dass...
Mantelstrom-Triebwerk eines Flugzeugs

Thermodynamische Systeme

Ein System ist ein Raumbereich, innerhalb dessen thermodynamische Prozesse ablaufen. Die Systemgrenze grenzt das System zur Umgebung ab. Definition des Begriffs des thermodynamischen Systems Um thermodynamische Prozesse zu beschreiben, muss man sich zunächst...
Sichtbare Strahlung einer Glühbirne

Stefan-Boltzmann-Gesetz & Kirchhoffsches Strahlungsgesetz

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Das Stefan-Boltzmann-Gesetz besagt, dass die Strahlungsleistung eines Gegenstandes im thermischen Gleichgewicht proportional zur vierten Potenz der Temperatur und direkt proportional zu dessen Oberfläche ist! Einleitung Im Artikel Schwarzkörperstrahlung wurde bereits ausführlich erläutert, warum...
Freiheitsgrade eines Moleküls

Innere Energie & Wärmekapazität von idealen Gasen (kinetische Gastheorie)

Erfahre in diesem Artikel mehr über den Zusammenhang innerer Energie und und Wärmekapazität vor dem Hintergrund der kinetischen Gastheorie. Innere Energie Im Artikel Gleichverteilungssatz wurde bereits ausführlich erläutert, dass sich die Energie eines...
Mittlere freie Weglänge

Mittlere freie Weglänge & Stoßzahl

Als mittlere freie Weglänge bezeichnet man die durchschnittliche Strecke, die ein Teilchen ohne Kollision mit anderen Teilchen zurücklegt! Einleitung Im Artikel Maxwell-Boltzmann-Verteilung wurde gezeigt, dass sich die mittlere Geschwindigkeit (Durchschnittsgeschwindigkeit) der Teilchen eines...
Kugeln auf einer vibrierenden Platte

Herleitung der Maxwell-Boltzmann-Verteilungsfunktion

Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Geschwindigkeit von idealen Gasen kann aus der barometrischen Höhenformel hergeleitet werden. Einleitung Für ideale Gase wurde im Artikel Maxwell-Boltzmann-Verteilung die Verteilungsfunktion f(v) der Geschwindigkeiten bereits ausführlich erläutert. Die untere Abbildung...
Druckverteilung bei der Kompression eines Gases

Gleichverteilungssatz (Äquipartitionstheorem)

Der Gleichverteilungssatz besagt, dass sich die Bewegungsenergie der Gasteilchen auf alle drei Raumrichtungen gleichermaßen aufteilt! Gleichverteilungssatz (Äquipartitionstheorem) Im Artikel Druck und Temperatur wurde folgenden Gleichung zur Berechnung des Druck p in idealen Gase...
Wärmebild eines Autos

Wie funktioniert eine Wärmebildkamera?

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Auf demselben Prinzip wie das Pyrometer beruhen auch Wärmebildkameras. Sie nehmen das Strahlungsspektrum eines Gegenstandes auf, welches dann Rückschlüsse auf die Temperatur zulässt (siehe Artikel Schwarzkörperstrahlung). Im Vergleich zu einem Infrarot-Thermometer...
Infrarot-Thermometer (Pyrometer)

Wie funktioniert ein Infrarot-Thermometer (Pyrometer)?

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Pyrometer (Infrarot-Thermometer) nutzen die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung von Gegenständen um hieraus die Temperatur zu bestimmen! Bei in den Artikeln zuvor vorgestellten Thermometern handelt es sich um sogenannte berührende Sensoren....
Thermoelement

Wie funktioniert ein Thermoelement?

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Seebeck-Effekt Ein Thermoelement nutzt das Phänomen, dass bei Vorhandensein eines Temperaturgefälles entlang eines elektrischen Leiters eine Spannung entsteht. Ursache dieses thermoelektrischen Effektes liegt in der Metallbindung und dabei insbesondere in der freien...
Widerstandsthermometer (Pt100)

Wie funktioniert ein Widerstandsthermometer?

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In Widerstandsthermometern wird die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur genutzt um die Temperatur zu bestimmen! Funktionsweise Ein weiteres Messprinzip zur Temperaturbestimmung besteht in der Änderung des elektrischen Widerstandes eines stromdurchflossenen Leiters...
Schnitt durch ein Dampfdruck-Federthermometer

Wie funktioniert ein Dampfdruck-Federthermometer?

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Dampfdruck-Federthermometer nutzen als Messprinzip den temperaturabhängigen Dampfdruck einer Flüssigkeit. Nach demselben Prinzip wie Flüssigkeits- und Gas-Federthermometer arbeiten die weniger verbreiteten Dampfdruck-Federthermometer. Dabei wird als thermometrsiche Substanz eine leicht flüchtige Flüssigkeit verwendet, die...
Schnitt durch ein Gasdruck-Federthermometer

Wie funktioniert ein Gasdruck-Federthermometer?

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In Gasdruck-Federthermometern wird der Druckanstieg der mit einer Temperaturerhöhung verbunden ist zur Temperaturmessung verwendet! Im Gegensatz zu Flüssigkeits-Federthermometern wird in Gasdruck-Federthermometern anstelle einer Flüssigkeit ein Gas als thermometrische Substanz verwendet (auch als...
Bimetall-Thermometer (spiralform)

Wie funktioniert ein Bimetallthermometer?

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In Bimetallthermometern wird die unterschiedliche starke Ausdehnung von Metallen und die damit verbundene Verformung zur Messung der Temperatur genutzt! Funktionsweise Eine Möglichkeit Temperaturen zu messen, beruht auf dem Prinzip der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von...
Aufbau eines Geschwindigkeitsfilters zur Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung in Gasen

Ermittlung der Geschwindigkeitsverteilung in einem Gas

Erfahre in diesem Artikel mehr über die experimentelle Ermittlung der Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle in Gasen. Einleitung Wie im Kapitel "Temperatur und Teilchenbewegung" bereits erläutert stellt die Temperatur eines Gases ein Maß für die Bewegungsenergie...
Mikroskopische Interpretation des Gasdrucks

Druck und Temperatur (kinetische Gastheorie)

Erfahre in diesem Artikel mehr über den Zusammenhang zwischen Druck und Temperatur vor dem Hintergrund der kinetischen Gastheorie. Einleitung Um die makroskopisch zu beobachteten Zustandsgrößen eines Gases wie Temperatur, Volumen und Druck mit...
Weißes Glühen eines Schwarzen Körpers bei 6000 K

Schwarzkörperstrahlung

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Als Schwarzkörperstrahlung oder Hohlraumstrahlung versteht man die Wärmestrahlung eines Schwarzen Körpers, d.h. die ausgesendete Strahlung Körpers, der alle Strahlung absorbiert. Schwarzer Körper Trifft weißes Licht auf einen opaken Gegenstand, dann wird immer ein...
Prinzip der Temperaturmessung mit einem Flüssigkeitsthermometer

Wie funktioniert ein Flüssigkeits-Glasthermometer?

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In Flüssigkeitsthermometern wird die Ausdehnung von Flüssigkeiten die mit einer Temperaturerhöhung verbunden ist zur Temperaturmessung verwendet! Funktionsweise Flüssigkeits-Glasthermometer (kurz Flüssigkeitsthermometer genannt) basieren auf dem Prinzip der Wärmeausdehnung von Stoffen. Dabei dehnt sich eine...
Schnitt durch ein Flüssigkeitsdruck-Federthermometer

Wie funktioniert ein Flüssigkeitsdruck-Federthermometer?

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Flüssigkeits-Federthermometer (Tensionsthermometer) nutzen als Messprinzip den Druckanstieg einer Flüssigkeit bei Temperaturerhöhung. In Flüssigkeitsdruck-Federthermometern (auch Flüssigkeits-Federthermometer oder Tensionsthermometer genannt) wird wie in Flüssigkeits-Glasthermometern eine Flüssigkeit als thermometrische Substanz verwendet. Gemessen wird dabei allerdings...
Dichteanomalie von Wasser im Bereich zwischen 4 °C und 0 °C

Dichteanomalie des Wassers

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Als Dichteanomalie bezeichnet man das paradoxe Verhalten eines Stoffes sich bei Abkühlung plötzlich wieder auszudehnen (Abnahme der Dichte), anstelle sich weiter zusammenzuziehen. Dichteanomalie von Wasser Wasser verhält sich beim Abkühlung aufgrund seiner besonderen...
Geschwindigkeitsverteilung eines idealen Gases für verschiedene Temperaturen

Maxwell-Boltzmann-Verteilung

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Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung beschreibt die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen in idealen Gasen. Einleitung Wie im Kapitel Temperatur und Teilchenbewegung bereits erläutert stellt die Temperatur eines Gases ein Maß für die Bewegungsenergie der darin enthaltenen Teilchen dar....