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Wärmelehre 5



Was ist eigentlich Druck? Wir kennen ihn alle, manche spüren ihn täglich. Aber wie sieht Druck physikalisch aus? Es ist eigentlich eine Kraft, aber bevor Physiker mich erschlagen, muss ich noch den Bezug auf die Fläche erwähnen. Vielleicht kann man Druck viel besser verstehen, wenn man vom thermodynamischen Modell ausgeht. Gemeint sind hier die schwingenden Moleküle, deren Schwingungsgeschwindigkeit den Zusammenhang mit der Temperatur ergibt.

Jetzt schwingen die Moleküle so vor sich hin. Wie gesagt, statistisch alle Richtungen ausfüllend und dabei manchmal auch gegeneinander knallend. Das geschieht dann elastisch und ohne Folgen, weder für die Moleküle, noch für die Energie bzw. Temperatur des Gases. Spannend wird es erst, wenn wir den Blick auf den Rand dieses mit Gas gefüllten Raumes richten.

Stellen Sie sich so etwas wie Trommelwirbel vor. Wenn das z.B. ein luftgekühlter Zylinder wäre, hätten wir auf der einen Seite die Luftmoleküle und auf der anderen Seite Moleküle einer Legierung aus Aluminium und Silizium. Haben beide die gleiche Temperatur, unterscheidet sich auch ihre Schwingungsgeschwindigkeit nicht. Was aber, wenn der Zylinder gerade gekühlt wird?

Dann trommeln die Metall-Moleküle wesentlich häufiger gegen die Grenzfläche, ermüden dabei, treiben aber die Luftmoleküle zu höherer Eile an. Nach außen bemerken wir, dass sich die Temperaturen annähern. Ist die Temperatur am Zylinder immer noch zu hoch, werden durch das Kühlgebläse weitere Legionen von relativ langsam schwingenden Luftmolekülen herangeschafft, an den sich die Metallmoleküle abarbeiten.

Vielleicht verstehen Sie jetzt auch, warum ein luftgekühlter Zylinder Kühlrippen braucht. Hier wird die Kontaktfläche zwischen den Luft- und Metallmolekülen vergrößert, damit ja kein Luftmolekül unbeeinflusst vorbeirauscht.

Und was hat das alles mit dem Druck zu tun? Dazu brauchen Sie nur die Kontaktfläche zwischen einem festen Körper und Luft zu verschieben, wie es beispielsweise der Motorkolben tut. Komprimiert er die angesaugte Luft, stößt er praktisch die Moleküle massenhaft an und sorgt so für größere Schwingungsgeschwindigkeit. Davon ist er selbst dann auch betroffen, weil sich die höhere Temperatur der komprimierten Luft nach dem oben beschriebenen Verfahren auf ihn überträgt. 09/13

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