5. Teilchenmodell und Brownsche Molekularbewegung¶

C und D Was ist Schall, GEschwindigkeit der kleinsten Teilchen¶

Zuerst anhand des Heul-Rohrs besprechen, was Schall ist. Wie schnell ist der Schall etwa (wenn sich die Teilchen in Schallwellen etwa mit ihrer normalen Geschwindigkeit bewegen, nur dass sie gemeinsam hin- und her schwingen?)

Dann den Duft-Versuch auswerten: weshalb dauert es dann so lange, bis der Duft bei uns ist, wenn der Schall so schnell ist – beim Duft müssen wirklich die Duftmoleküle bei uns ankommen, beim Schall nur der Schub, der Impuls, der von einem Teilchen auf das andere übertragen wird. Analog beim elektrischen Strom.

H Methanol unter Vakuum¶

Mit einer Vakuumpumpe ohne Siedesteinchen funktioniert der Versuch manchmal nicht. DAnn

• Siedesteinchen zusetzen
• Methanol leicht vorwärmen auf etwa 25°C

Fragen zu diesem Versuch

• Methanol kann man riechen. Was bedeutet das auf Teilchenebene (Methanolmoleküle entweichen in die Gasphase und diffundieren bis zur Nase)
• Welche Methanolteilchen verlassen die Flüssigkeitsoberfläche: eher die schnellen oder die langsamen (die Schnellen: nur sie sind schnell genug, um sich loszureissen und in die GAsphase zu entweichen)
• Was ist der Unterschied zwischen Verdunsten und Sieden (Verdunsten: einzelne Moleküle schiebn sich zwischen die Luftmoleküle. Sieden: aus der Oberlfäche der Flüssigkeit lösen sich ganze Blasen aus Methanol-Molekülen und drücken die LUft weg. Es müssen sich gleichzeitig so viele Methanolmoleküle losreissen, dass sie die Luft wegzudrücken vermögen)
• Sobald das Methanol siedet: Ist es jetzt warm oder kalt? (man fühlt es: kalt)
• Weshalb siedet Methanol also bereits bei sehr tiefen Temperaturen, wenn der Druck tief ist (Die Luft drückt viel weniger auf die Methanoloberfläche und es ist für die Methanolmoleküle viel weniger schwierig, die Luft wegzudrücken. Also können die sich losreissenden Teilchen eher die Luft wegdrücken und so können sich Blasen leichter bilden und leichter wachsen.
• Weshalb kühlt sich die Flüssigkeit beim Sieden ab (auch beim Sieden lösen sich nicht alle Methanolteilchen aus der Oberfläche (sonst wäre die flüssige Phase ja soroft weg), sondern nur einzelne. Nur die schnellsten können sich losreissen. WEnn aber die schnellsten Teilchen verschwinden, bleiben die langsameren zurück und die mittlere GEschwindigkeit in der Probe sinkt, die Probe kühlt sich also ab, was gleichbedeutend ist mit einer Abkühlung)
• Weshalb hört das Sieden irgendwann auf? (Wenn die Probe stark abekühlt ist und die Teilchen langsamer geworden, können sich weniger Teilchen aus der Oberfläche losreissen. Irgendwann haben nur noch recht wenige Teilchen genug Energie, um sich loszureissen - zu wenige, um die Luft noch wegzudrücken. DAs Sieden hört also auf. es verdunsten aber immer noch viele Teilchen, was man daran merkt, dass die Probe sehr kalt bleibt.
• DAs Bilden von Blasen ist nicht so einfach: Blasen ziehen sich zusammen wie eine BAllonhaut. Und wie bei BAllonen: je enger die Haut gekrümmt ist, desto stärker ist die Kraft. WEshalb nützen Siedesteinchen? (an den Steichen mit ihrer unregelmässigen Oberfläche können sich gut Blasen bilden, ohne dass ihre innere Oberfläche so stark gerkümmt sein muss. Sie Oberflächenspannung ziet sieh daher weniger zusammen und sie bilden sich leichter und können sich auch leichter vergrössern)
• Fazit: Das Teilchenmodell kann sehr viel subtile Beobachtungen wunderbar erklären. Es ist ein tolles, ein mächtiges Modell.