PhysProf - Aggregatzustand - Fest - Flüssig - Gasförmig - Luftfeuchte

Fachthemen: Aggregatzustände - Wärme - Luftfeuchtigkeit

PhysProf - Wärmelehre - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für das Berufskolleg, für die Oberstufe, für Abiturienten, für Studenten sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur Darstellung und Auswertung von Wärmemengen-Temperatur-Diagrammen für verschiedene flüssige, gasförmige und feste Stoffe hinsichtlich derer Schmelzwärme, Siedewärme und Wärmekapazität.

Dieses Teilprogramm ermöglicht die Durchführung interaktiver Analysen zu diesem Fachthema sowie eine Untersuchung der entsprechenden physikalischen Sachverhalte.

Es unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.

 

Themen und Stichworte zu diesem Modul: Aggregatzustand - Aggregatzustände - Physikalische Zustände - Aggregatzustandsänderungen - Übergänge - Phasenübergänge - Grundlagen der Thermodynamik - Wärmemenge - Fest - Flüssig - Gasförmig - Sieden - Erhitzen - Temperatur - Verdampfen - Kondensieren - Kondensation - Erstarrungswärme - Spezifische Schmelzwärme - Verflüssigen - Lösungswärme - Teilchenmodell - Abkürzungen - Kürzel - Zeichen - Beispiele - Chemie - 20 Grad - Raumtemperatur - Stoff - Stoffe - Definition - Rechner - Metalle - Nichtmetalle - Darstellung - Teilchen - Fester Zustand - Zustand - Zustände - Gasförmiger Aggregatzustand - Fester Aggregatzustand - Flüssiger Aggregatzustand - Alle Aggregatzustände - Schmelzen - Erstarren - Sublimieren - Resublimieren - Abkühlung - Erwärmung - Abkühlen - Erwärmen - Verdunsten - Verdunstung - Erstarrung - Verdampfung - Verflüssigung - Gefrieren - Verbrennen - Verbrennung - Gefrieren - Erstarrungstemperatur - Kristallisationswärme - Erstarrungswärme - Phase - Spezifischer Heizwert - Energiezufuhr - Energieabgabe - Erstarrungspunkt - Gefrierpunkt - Phasenumwandlung - Dampf - Verdampfungswärme - Spezifische Verdampfungswärme - Kondensationswärme - Umwandlungswärme - Was - Wie - Weshalb - Was ist - Warum - Erklärung - Beschreibung - Arbeitsblatt - Arbeitsblätter - Unterrichtsmaterial - Unterrichtsmaterialien - Lernen - Erlernen - Aufgaben - Lösungen - Spezifische Wärmekapazität - Siedetemperatur - Schmelztemperatur - Schmelzwärme - Diagramm - Siedewärme - Phasen - Stoffe - Feste Stoffe - Flüssige Stoffe - Gasförmige Stoffe - Gefrieren - Erstarrungstemperatur - Kristallisationswärme - Erstarrungswärme - Verdampfen - Festkörper - Flüssigkeiten - Flüssigkeit - Gase - Wasser - Gas - Chlor - Schwefel - Brom - Sauerstoff - Methan - Wasserstoff - Eisen - Thermisches Verhalten - Thermodynamik - Tabelle - Wärmekapazität - Verbrennungswärme - Gesetzmäßigkeiten - Physik - Physikalisch - Formel - Heizwert - Masse - Volumen - Verbrennungsenergie - Feuchte - Feuchtigkeit - Sättigungsmenge - Luftfeuchte - Luftfeuchtigkeit - Maximale Feuchte - Maximale Luftfeuchtigkeit - Relative Feuchte - Relative Luftfeuchtigkeit - Absolute Feuchte - Absolute Luftfeuchtigkeit - Wasserdampf - Luft - Volumen - Raum - Wasserdampfgehalt - Wasserdampfpartialdruck - Prozent - 10 - 20 - 30 - 40 - 50 - 60 - 70 - 80 - 90 - 100 - Wasserdampfsättigungsdruck - Berechnen - Einheit - Physikalische Einheit - Bild - Grafik - Berechnung - Darstellen - Grafische Darstellung

   

Modul Aggregatzustände

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Das Modul [Thermodynamik] - [Aggregatzustände] ermöglicht die Darstellung von Wärmemengen-Temperatur-Diagrammen für verschiedene Stoffe.
 

Aggregatzustände - Abbildung 1
 

Aggregatzustände - Abbildung 2
 

Als Aggregatzustände bezeichnet man qualitativ verschiedene temperatur- und druckabhängige physikalische Zustände von Stoffen. Es bestehen drei wichtige Aggregatzustände:

Fest: Der Stoff behält im Allgemeinen sowohl Form als auch Volumen bei.

Flüssig: Der Stoff behält sein Volumen bei, seine Form jedoch ist unbeständig und passt sich dem gegebenen Raum an, in welchem er sich befindet.

Gasförmig: Der Stoff verliert seine Volumenbeständigkeit; ein Gas füllt den zur Verfügung stehenden Raum aus.

Es werden folgende Aggregatzustandsänderungen (Phasenumwandlungen) unterschieden:

Fest-flüssig: Schmelzen

Fest-gasförmig: Sublimieren

Flüssig-fest: Erstarren (Gefrieren)

Flüssig-gasförmig: Verdampfen

Gasförmig-fest: Resublimieren

Gasförmig-flüssig: Kondensieren

Aggregatzustände werden mit den Kürzeln (Abkürzungen) der englischen Worte s = solid (fest), l = liquid (flüssig) und g = gas (gasförmig) gekennzeichnet. Sie hängen unter anderem von der chemischen Zusammensetzung der entsprechenden Stoffe ab und lassen sich mit Hilfe des Teilchenmodells veranschaulichen. Hierbei werden die kleinsten Teilchen des entsprechenden Stoffs in Form von Kugeln dargestellt. Siehe nachfolgende Abbildung:

Bei der Aggregatzustandsänderung (Phasenumwandlung) fest → flüssig entspricht der Schmelzpunkt dem Erstarrungspunkt (Gefrierpunkt). Unter Schmelzen wird der Phasenübergang eines festen Stoffes oder festen Stoffgemisches in den flüssigen Aggregatzustand verstanden. Der Übergang zu einem höheren Aggregatzustand ist stets mit Energiezufuhr verbunden, beim Übergang zu einem niedrigeren Energiezustand wird Energie abgegeben (Energieabgabe).

Unter Sublimieren wird der direkte Übergang eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Zustand verstanden. Das Resublimieren bezeichnet den direkten Übergang eines gasförmigen in einen festen Zustand. Der Übergang vom flüssigen in den festen Zustand wird als Erstarren (Gefrieren) bezeichnet.

Als Verdampfen wird der Phasenübergang einer Flüssigkeit oder eines Flüssigkeitsgemisches in den gasförmigen Aggregatzustand bezeichnet. Der Übergang eines Stoffes vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand wird Kondensation (Kondensieren) genannt. Mit dem Begriff Verdunstung (Verdunsten) wird der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand beschrieben. Eine Verdunstung liegt vor, wenn die Gasphase über der Flüssigkeit noch nicht mit Dampf gesättigt ist.


 
Als Schmelzwärme wird die Energie bezeichnet, welche benötigt wird um eine Stoffprobe von einem festen in einen flüssigen Aggregatzustand zu überführen. Dabei werden Bindungskräfte zwischen Molekülen bzw. Atomen überwunden ohne deren Energie und somit ihre Temperatur zu erhöhen. Als spezifische Schmelzwärme q wird die Wärmemenge bezeichnet, die benötigt wird, um 1 kg eines festen Stoffes ohne Veränderung der Temperatur zu verflüssigen. Es gilt:

q = Q_sm/m

q: spezifische Schmelzwärme [J/kg]
Q_sm: zum Schmelzen erforderliche Wärmemenge [J]
m: Masse des zu schmelzenden Stoffes [kg]

Zur Umwandlung des Zustands von flüssig zu gasförmig (Verdampfen) ist Umwandlungswärme (Verdampfungswärme) erforderlich. Sie entspricht der Kondensationswärme. Als spezifische Verdampfungswärme r wird die Wärmemenge bezeichnet, die sich auf die Masse der zu verdampfenden Flüssigkeit bezieht. Sie beschreibt die Wärmemenge, die ohne eine Änderung der Temperatur notwendig ist, um 1 kg einer Flüssigkeit zu verdampfen. Es gilt:

r = Q_sd/m

r: spezifische Verdampfungswärme [J/kg]
Q_sd: zum Verdampfen erforderliche Wärmemenge [J]
m: Masse der zu verdampfenden Flüssigkeit [kg]
 
Als Lösungswärme wird die Wärmemenge bezeichnet, die zum Lösen eines festen Körpers in einer Flüssigkeit benötigt wird. Die bei der Änderung des Aggregatzustands von flüssig zu fest frei werdende Energie wird Erstarrungswärme oder Kristallisationswärme genannt.
 
Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes gibt an, wie viel Wärmeenergie einem Stoff zugeführt werden muss um seine Temperatur um einen bestimmten Betrag zu erhöhen.
 

Spezifischer Heizwert - Verbrennungswärme - Verbrennungsenergi

 
Die bei der Verbrennung frei werdende Energie wird als Verbrennungsenergie bezeichnet. Der spezifische Heizwert H stellt das Verhältnis der bei einer Verbrennung frei werdenden Wärmeenergie zur Masse des verbrennenden Stoffes dar. Es gilt:

H = Q/m

H: Spezifischer Heizwert [MJ/kg]
Q: Verbrennungswärme [MJ]
m: Masse [kg]

Die bei einer Verbrennung frei werdende Wärme kann nach folgenden Formeln berechnet werden:

Für gasförmige Stoffe:

Q = H'·V_N

Hierbei sind:

Q: Verbrennungswärme [MJ]
H': Heizwert [MJ/l]
V_N: Volumen [l]

Für feste und flüssige Stoffe:

Q = H·m

Hierbei sind:

Q: Verbrennungswärme [MJ]

H: Heizwert [MJ/kg]
m: Masse [kg]
 

Programmbedienung

 
Mit Hilfe dieses Unterprogramms können Sie sich für viele ausgewählte Stoffe Wärmeenergie-Temperatur-Diagramme veranschaulichen. Wird ein entsprechender Eintrag aus der Listbox gewählt, so stellt das Programm das entsprechende Schaubild dar, welches die Phasenübergänge entsprechend hervorhebt.
 

Maximale Luftfeuchtigkeit - Absolute Luftfeuchtigkeit - Relative Luftfeuchtigkeit

 
Maximale Luftfeuchtigkeit (Sättigungsmenge):

Als maximale Luftfeuchtigkeit oder Sättigungsmenge fmax wird die bei einer bestimmten Temperatur in einem Kubikmeter Luft maximal mögliche Wasserdampfmenge verstanden. Sie wird erreicht, wenn der Wasserdampfpartialdruck in der Luft dem Sättigungsdampfdruck des Wassers bei der entsprechenden Temperatur entspricht. Sie entspricht einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 %.

f_max = maximal mögliche Masse des Wasserdampfs in der Luft / Volumen der Luft

f_max: maximal mögliche Wasserdampfmenge in 1 m³ Luft [g/m³]


Absolute Luftfeuchtigkeit:

Unter der absoluten Luftfeuchtigkeit f wird die in einem Kubikmeter Luft tatsächlich vorhandene Wasserdampfmenge (Wasserdampfgehalt) verstanden.

f = Masse des Wasserdampfs in der Luft / Volumen der Luft

f: Masse der Wasserdampfmenge in 1 m³ Luft [g/m³]


Relative Luftfeuchtigkeit:

Die relative Luftfeuchtigkeit φ ist das Verhältnis der tatsächlich enthaltenen zur maximal möglichen Masse an Wasserdampf in der Luft. Sie bildet das Verhältnis zwischen der absoluten Luftfeuchte und der maximalen Luftfeuchte.

φ = absolute Luftfeuchtigkeit / maximale Luftfeuchtigkeit = f/f_max

Sie wird in den meisten Fällen in Prozent und somit wie folgt angegeben:

φ = f/f_max·100%
 

 
In diesem Modul besteht die Möglichkeit, sich Wärmemengen-Temperatur-Diagramme für nachfolgend aufgeführte Stoffe ausgeben zu lassen.
 

Stoffe

Ammoniak

Aluminium

Aluminiumoxid

Ameisensäure

Anilin

Antimon

Barium

Benzol

Beryllium

Bismut

Blei

Brom

Cadmium

Caesium

Calcium

Chloroform

Chrom

Cobalt

Eisen

Essigsäure

Ethanol

Gallium

Germanium

Glycerin

Gold

Heptan

Hexan

Jod

Iridium

Kalium

Kaliumchlorid

Kupfer

Lithium

Magnesium

Mangan

Methanol

Molybdän

Natrium

Natriumchlorid

Nickel

Oktan

Platin

Pyridin

Quecksilber

Salpetersäure

Schwefelwasserstoff

Schwefelsäure

Selen

Silicium

Tetrachlormethan

Titan

Vanadium

Wasser

Wasser, schwer

Wolfram

Zink

Zinn

 
  

 
Anbei finden Sie Tabellen einiger Stoffe, welche Auskunft über deren Schmelzwärme, Siedewärme, Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und Heizwerte geben.
 

1. Schmelzwärme
 

Stoff	Schmelzwärme in [KJ/Kg]
Aceton	98
Aluminium	397
Aluminiumoxid	1108
Ameisensäure	276
Ammoniak	339
Anilin	113
Antimon	167
Barium	56
Benzol	128
Beryllium	1390
Bismut	52,2
Blei	23
Brom	67,8
Butan	29,3
Cadmium	56
Caesium	16,4
Calcium	216
Chlor	90,4
Chlorwasserstoff	56,1
Chrom	280
Cobalt	263
Diamant	16747,2
Eis (0°C)	332,85
Eisen	277
Ethan	92,9
Fluor	37,7
Germanium	410
Glycerin	201
Gold	65,7
Iod	124
Kalium	59,6
Kohlendioxid	184
Kohlenmonoxid	30,1
Krypton	19,7
Kupfer	205
Lithium	603
Magnesium	368
Mangan	266
Messing	167,47
Methan	58,6
Methanol	92
Molybdän	290
Natrium	113
Natriumchlorid	500
Neon	16,7
Nickel	303
Ozon	43,8
Phenol	122
Phosphor,weiß	21
Platin	111
Propan	80
Quecksilber	11,8
Rubidium	25,7
Salpetersäure	166,7
Sauerstoff	13,8
Schwefeldioxid	116,8
Schwefelsäure	109
Selen	68,6
Silber	105
Silicium	164
Stahl	270
Stickstoff	25,8
Titan	324
Vanadium	344
Wasser	334
Wasserstoff	58,6
Zink	111
Zinn	59,6

 

2. Siedewärme
 

Stoff	Siedewärme in [KJ/Kg]
Aceton	525
Aluminium	10900
Aluminiumoxid	4730
Ameisensäure	432
Ammoniak	1370
Anilin	485
Antimon	1050
Barium	1100
Benzol	394
Beryllium	32600
Bismut	725
Blei	8600
Brom	183
Butan	385
Cadmium	890
Caesium	496
Calcium	3750
Chlor	290
Chlorwasserstoff	443
Chrom	6712
Cobalt	4800
Eisen	6339
Ethan	489
Fluor	172
Germanium	4600
Glycerin	825
Gold	1650
Iod	172
Kalium	1980
Kohlendioxid	574
Kohlenmonoxid	216
Krypton	108
Kupfer	4790
Lithium	20500
Magnesium	5420
Mangan	4190
Methan	510
Methanol	1100
Molybdän	5610
Natrium	3900
Natriumchlorid	2900
Neon	105
Nickel	6480
Ozon	316
Phenol	510
Phosphor,weiß	1674,72
Platin	2290
Propan	426
Quecksilber	285
Rubidium	880
Salpetersäure	622
Sauerstoff	213
Schwefeldioxid	389
Schwefelsäure	512
Selen	1200
Silber	2357,17
Silicium	12560,4
Stickstoff	201
Titan	8980
Vanadium	8990
Wasser	2257
Wasserstoff	461
Zink	1755
Zinn	2450

 

3. Wärmeleitfähigkeit
 

Stoff	Wärmeleitfähigkeit in [W/m·K]
Aceton	0,162
Aluminium	220
Argon	0,0173
Benzin	0,12
Benzol	0,148
Beton	1
Blei	34,8
Bronze	50
Butan	0,0155
Cadmium	93
Chloroform	0,117
Chrom	93,7
Diamant	990-2320
Eis (0°C)	2,2
Essigsäure	0,16
Glas	1
Glycerin	0,285
Gold	312
Graphit	169
Gummi	0,15
Helium	0,15
Iridium	59
Kalium	102,4
Kohlendioxid	0,016
Kohlenmonoxid	0,025
Kupfer	384
Luft	0,026
Magnesium	171
Messing	111
Methan	0,033
Molybdän	132
Natrium	126
Nickel	91
Petroleum	0,127
Platin	70
Polyamid	0,26
Polystyrol	0,15
Porzellan	1
Propan	0,017
Quecksilber	8,2
Sauerstoff	0,026
Schnee	0,4
Schwefel	0,3
Silber	407
Silicium	148
Speckstein	3,3
Stahl	45
Stahlbeton	1,5
Steinkohle	0,25
Stickstoff	0,026
Styropor	0,036
Teflon	0,2
Titan	22
Toluol	0,133
Wachs	0,1
Wasser	0,598
Wasserstoff	177
Xylol	0,134
Ziegelstein	0,6
Zink	112
Zinn	65

 

4. Wärmekapazität
 

Stoff	Wärmekapazität in [KJ/(Kg·K)]
Aceton	2,16
Aluminium	0,896
Aluminiumoxid	0,764
Ameisensäure	2,15
Ammoniak	2,16
Anilin	2,05
Antimon	0,208
Anilin	2,05
Antimon	0,208
Argon	0,523
Arsen	0,335
Barium	0,192
Benzin	2,09
Benzol	1,725
Beryllium	1,59
Beton,lufttrocken	0,84
Bienenwachs	2,5
Bismut	0,124
Blei	0,129
Brom	0,46
Butan	1,658
Cadmium	0,231
Caesium	0,236
Calcium	0,654
Chlor	0,745
Chloroform	0,959
Chlorwasserstoff	0,803
Chrom	0,44
Cobalt	0,422
Diamant	0,502
Eis (0°C)	2,09
Eisen	0,452
Essigsäure	2,052
Ethan	1,729
Ethanol	2,43
Ethen	1,549
Ethin	1,683
Fett	2
Fluor	0,342
Gallium	0,372
Germanium	0,322
Gips,gebrannt	0,8
Glas	0,86
Glaswolle	0,8
Glimmer	0,88
Glycerin	2,39
Gold	0,129
Granit	0,75
Graphit	0,71
Hartgummi	1,5
Helium	5,23
Holz	2,5
Holzkohle,fest	0,8
Iod	0,214
Kalium	0,75
Kaliumnitrat	0,942
Kalkstein	0,88
Kochsalzlösung	3,62
Kohlendioxid	0,837
Kohlenmonoxid	1,042
Konstantan	0,41
Kork	1,9
Kupfer	0,383
Lithium	3,42
Luft	1,005
Magnesium	1,017
Mangan	0,476
Marmor	0,8
Messing	0,385
Methan	2,219
Methanol	2,495
Molybdän	0,251
Natrium	1,22
Natriumchlorid	0,867
Neon	1,03
Nickel	0,448
Oktan	2,186
Olivenöl	1,97
Ozon	0,795
Papier	1,5
Petroleum	2,14
Phosphor,weiß	0,75
Platin	0,133
Plexiglas	1,7
Polyamid	1,85
Polyethylen	2,5
Polystyrol	1,3
Porzellan	0,84
Propan	1,595
Propanol	2,34
PVC	1,8
Quarzglas	0,729
Quecksilber	0,139
Rhenium	0,137
Rhodium	0,248
Salpetersäure	1,72
Salzsäure, 20%	3,14
Sand,trocken	0,84
Sauerstoff	0,917
Schaumstoff	1,5
Schiefer	0,75
Schwefeldioxid	0,64
Schwefelsäure	1,38
Selen	0,32
Silber	0,234
Silicium	0,703
Stahl,hochlegiert	0,48
Steinkohle	1,15
Stickstoff	1,038
Teflon	1
Titan	0,52
Toluol	1,687
Ton,(10% feucht)	0,88
Uran	0,115
Vanadium	0,49
Wasser	4,182
Wasserstoff	14,32
Wolfram	0,134
Wolle	1,5
Xenon	0,159
Zement	0,75
Zink	0,385
Zinn	0,227

  

5. Heizwert
 

Stoff	Heizwert in [MJ/kg]
Anthrazit	31 ... 36
Azetylen	50
Benzin	44 ... 53
Benzol	40.2 ... 42.3
Braunkohle	8 ... 15
Braunkohlenbriketts	20
Diesel	41 ... 44
Erdgas	42
Frisches Holz	4,2 ... 8,4
Heizöl	43
Holzkohle	33,5
Koks	28,5 ... 30
Methanol	20
Petroleum	15
Propan	47
Spiritus	39
Stadtgas	28
Steinkohle	27 ... 33
Torf, trocken	15
Holz, trocken	8 ... 16
Wasserstoff	133

 

 
Mit Hilfe dieses Programms lassen sich unter anderem Grafiken für Arbeitsblätter zur nichtkommerziellen Nutzung für Unterrichtszwecke erstellen. Beachten Sie hierbei jedoch, dass jede Art gewerblicher Nutzung dieser Grafiken und Texte untersagt ist und dass Sie zur Verfielfältigung hiermit erstellter Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien eine schriftliche Genehmigung des Autors (unseres Unternehmens) benötigen.

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Dieses Programm eignet sich neben seinem Einsatz als Berechnungs- bzw. Animationsprogramm zudem zum Lernen, zur Aneignung entsprechenden Fachwissens, zum Verstehen sowie zum Lösen verschiedener Aufgaben zum behandelten Fachthema. Durch seine einfache interaktive Handhabbarkeit bietet es die auch Möglichkeit der Durchführung unterschiedlicher Untersuchungen hierzu.

   
Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.

  

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Aggregatzustand zu finden.
 

Isochore Zustandsänderung - Isobare Zustandsänderung - Isotherme Zustandsänderung - Adiabatische Zustandsänderung - Carnotscher Kreisprozess - Mischungsregel - Reales Gas - Molekülgeschwindigkeit
 

    

Unterprogramm Aggregatzustände
 

 

PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
 

MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
 

SimPlot 1.0 - Grafik-  und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke
 

 

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