Transportvorgänge in Gasen

1. Transportvorgänge in Gasen Zum Versuch 11: Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen und Gasgemischen Janine Bursa, Nora Heinrich

2. Inhalt • Fluss • Gradient • Allg. Transportgleichung • Transportvorgänge • Viskosität, Diffusion, Wärmeleitfähigkeit • Versuch 11 • Aufbau, Durchführung, Auswertung

3. Bsp.:Temperatur in zwei miteinander verbundenen Gefäßen Es findet ein „Temperaturfluss“ von der höheren zur niedrigeren Temperatur statt

4. Fluss Menge der Transportgröße, die pro Zeiteinheit durch eine Fläche transportiert wird

5. Der Gradient... ...ist die treibende Kraft der Änderung

7. Γgroß Γoben z Z0+λ Fluss von Γ Z0 Fläche F Z0-λ Γklein Γunten x

8. ist bezogen auf ein Teilchen

10. Allgemeine Transportgleichung

11. Transportvorgänge Transport von... Viskosität ... Impuls (mv) Diffusion ... Materie (N/V) Wärmeleitung ... Innerer Energie (U)

12. Viskosität / innere Reibung Impulsübertragung: Abbremsen oder Beschleunigen der anderen Teilchenschicht

13. Viskosität -Transportgleichung

14. Diffusion Bsp.:Die Stoffe A und B sind in zwei separaten Gefäßen. Die Gefäße werden verbunden und es bilden sich Konzentrationsgradienten aus, d.h., die beiden Stoffe mischen sich. Diffusion wird hervorgerufen durch thermische Bewegung der Teilchen ohne Wärme, keine Bewegung und ohne Bewegung, keine Mischung der Teilchen

15. Diffusion - Transportgleichung 1.Ficksches Gesetz

16. Wärmeleitfähigkeit Teilchen übertragen Wärme, bzw. innere Energie, indem sie mit anderen Teilchen zusammenstoßen

17. Wärmeleitung-Transportgleichung Mit: ergibt sich für den Wärmeleitungs- koeffizienten κ(Kappa):

18. Versuchsaufbau Skizze:

19. In der Messzelle gilt für ein Gasgemisch: Q = transportierte Wärmemenge a und b = const. Gilt für reines Gas nur bei geringen Drücken

20. Versuchsdurchführung 1.) Eichkurve aufnehmen mit N2 bis 400 torr Gas schrittweise ablassen Spannung ablesen (geringer Druckbereich ist wichtig) 2.) Gefäß mit N2 füllen, H2 zugeben Gleichgewicht einstellen lassen Spannung ablesen (circa 10 Werte)

21. Schaltung als Wheatstone‘sche Brücke Nullabgleich der Brücke durch Spannungsänderung Spannungsänderung führt zu Stromänderung, Stromänderung zur Temperaturänderung des Heizdrahtes, dadurch zur Änderung des Widerstandes der Messzelle

22. Gasgemisch

23. Reines Gas

24. Auswertung • Minimaler und maximaler Druck, Temperatur • Bei geringen Drücken ist die Wärmeleitfähigkeit groß • Bei hoher Temperatur ist die Wärmeleitfähigkeit groß

25. Wasserstoff und Stickstoff im Vergleich • Wasserstoff hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit, weil • 1.) die Moleküle leichter sind • 2.) die Moleküle kleiner sind • 3.) die Wärmekapazität größer ist • Wärmeleitfähigkeit abhängig von Gasart!!! • (unterschiedliches Gas = unterschiedliche Größe = unterschiedliches Gewicht) • Molekulare und atomare Gase im Vergleich • Molekulare Gase transportieren mehr Energie

26. Fazit Wärmeleitfähigkeit ist abhängig von der Gasart!!! sowie von der Temperatur und vom Druck des gegebenen Systems.

27. Schönes Wochenende!