Aufgabenstellung

1 Einatomige Gasmoleküle
L Die Theorie sagt, dass ein einatomiges Gasmolekül in einem Gas mit der Temperatur T im Mittel eine kinetische Energie von 3/2 k T hat.
Wie groß ist die Geschwindigkeit eines Argon-Atoms bei 20 °C.
2Zweiatomige Gasmoleküle
L

Bei zweiatomigen Gasen tragen auch die Rotation um zwei Drehachsen je 1/2 kT zur kinetischen Energie bei. Für das O2 Molekül wird der Abstand der beiden Sauerstoffatome mit 120 pm angegeben.
Die Masse des Sauerstoffatoms = 16 u. 1 u = 1,66·10-27 kg.
Wenn wir das Molekül mit den Methoden der klassischen Physik betrachten:
Wie groß ist das Trägheitsmoment des Moleküls?
Mit welcher Frequenz rotiert es bei 20 °C?

Wie groß ist der Drehimpuls? Vergleiche den Wert von L mit h/(2π)
h ... Planck'sches Wirkungsquantum, π ... pi

3 Vakuumröhre
L In einer Vakuumröhre mit V = 120 cm3 ist die Temperatur 25 °C und der Druck 1.4 mPa.
Berechne die Anzahl der Gasmoleküle (Luft) in der Röhre.
Wieviel Mol des Gases sind vorhanden?
Welche mittlere kinetische Energie haben die Gasmoleküle?
Wie groß ist die Geschwindigkeit der Teilchen, wenn die mittlere Molekularmasse der Teilchen
M = 29 g/Mol ist?
Passt der Wert von M zu Luft?
4 LHC
L
M
Beim LHC (Large Haderon Collider) im CERN wird ein Volumen von 9000 m3 (entspricht dem einer großen Kathedrale) leer gepumpt und ein Ultrahochvakuum von 10-12 bar erzeugt. Statt 1019 Molekülen pro cm3 sind den Protonen dann nur noch 3 Millionen Moleküle pro cm3 „im Weg“!
Welche Temperatur hat bei diesen Werten für p, V und N das noch vorhandene Restgas?
Welche mittlere Energie und welche Geschwindigkeit haben die zweiatomigen Gasmoleküle?
Zahlenwerte für individuelles Übungsblatt erzeugen:
Originalwerte
Zahlenwerte der Beispiele passend zur Lösung zurücksetzen:
Inhaltsverzeichnis