Home
Home
Home
Wir über uns
Wir über uns
Wir über uns
Produkte
Produkte
Produkte
Gästebuch
Gästebuch
Gästebuch
Kontakt
Kontakt
Kontakt
Impressum
Impressum
Impressum
Gasgesetze
Einführung in die Gasgesetze, Teil 1
1.) Was ist Druck ?
1.) Was ist Druck ?
2.) Was ist Vakuum ?
2.) Was ist Vakuum ?
3.) Zusammensetzung der Luft
3.) Zusammensetzung der Luft
5.) Datons Gesetz
5.) Daltons Gesetz
4.) Was ist Partialdruck ?
4.) Was ist Partialdruck ?
6.) Was ist Gas ?
6.) Was ist Gas ?
7.) Was ist Dampf ?
7.) Was ist Dampf ?
8.) Dampfdruck des Wassers
8.) Dampfdruck des Wassers
9.) Dampfdruck von Flüssigkeiten
9.) Dampfdruck von Flüssigkeiten
10.) Was ist freie Weglänge ?
10.) Was ist freie Weglänge ?
11.) Tabelle über Weglängen
11.) Tabelle über Weglängen
12.) Avogardro´s Gesetz
12.) Avogadro´s Gesetz
13.) Was ist ein Mol ?
13.) Was ist ein Mol ?
14.) Mengengrößen
14.) Mengengrößen
15.) Die relative Molekülmasse
Reservebutton (ohne Wirkung)
2.) Was ist Vakuum ?
Vakuum wird erzeugt, indem man Luft (bzw. Gas) aus einem Behälter entfernt. Es bleiben aber immer noch Partikel übrig, die ständig auf die Wandung des Behälters treffen. Es herrscht also immer noch ein Druck. Das absolute Vakuum, das praktisch nicht erreichbar ist, hätte dann den Druck "Null". Der Druck, bezogen auf das absolute Vakuum, wird Absolutdruck genannt. Auch im Vakuum herrscht also ein Druck, wenn er auch sehr klein ist. Einen "Unterdruck" in diesem Sinne gibt es also nicht. Der Atmosphärendruck ist damit rund ein bar absolut. Manometer, die bei Atmosphärendruck Null bar anzeigen, sind "relativ" messende Instrumente. Sie zeigen den Druck relativ zum Atmosphärendruck an. Als Vakuum wird allgemein ein Druck bezeichnet, der niedriger ist als der Atmosphärendruck.
3.) Zusammensetzung der Luft.
Die Luft ist ein Gemisch von verschiedenen Gasen. Über 99 % der Luft besteht aus Stickstoff und Sauerstoff. Der Rest sind andere Gase.
Tabelle 1
Zusammensetzung der Luft.
Zusammensetzung der Luft.
Gasart
Prozentsatz
Stickstoff
78,09 %
Sauerstoff
20,95 %
Argon
0,93 %
Kohlendioxid
~0,03 %
Neon
0,0018 %
Helium
0,0005 %
Krypton
0,000114 %
Wasserstoff
0,00005 %
Xenon
0,0000087 %
4.) Was ist Partialdruck ?
Mit Partialdruck bezeichnet man den Druck, den eine einzelne Gasart in einem Gasgemisch hat. Aus der Tabelle 1 kann man die prozentuale Zusammensetzung der Luft erkennen. Bei einem Druck von 1 bar (1000 mbar) und einem Sauerstoffgehalt von 20,95 % ist dann der Partialdruck des Sauerstoffs in der Luft = 0,2095 bar oder 209,5 mbar. So kann man die Tabelle 1 über die Zusammensetzung des Mischgases Luft auch in einer Tabelle mit dem Partialdruck der einzelnen Gase drucken:
Tabelle 2
Partialdrücke der Luft
Partialdrücke der Luft
Gasart
Partialdruck in mbar
Stickstoff
780,9
Sauerstoff
209,5
Argon
9,3
Kohlendioxid
~3....x 10
Neon
1,8..x 10
-2
Helium
5....x 10
-3
Krypton
1,14 x 10
-3
Wasserstoff
5....x 10
-4
Xenon
8,7..x 10
-5
Diese Tabelle zeigt den Partialdruck der in der Luft enthaltenen Gase in bezug auf den Totaldruck von trockener Luft bei 1000 mbar
5.) Daltons Gesetz.
Daltons Gesetz erklärt die Zuisammenhänge bei dem Partialdruck in Mischgasen
Die Summe aller Partialdrücke eines Gasgemisches ergibt dessen Totaldruck
total
1
2
3
Dabei sollte man sich noch merken:
Ein in einem geschlossenen Behälter Gasgemisch entmischt sich nicht mehr, da die thermische Bewegung der Teilchen eine ständig neue Mischung erzeugt. Es ist also nicht so, daß bei einem Helium-Luft-Gemisch das Helium wegen des kleineren relativen Atomgewichts, sich wieder entmischt und nach oben steigt.
6.) Was ist Gas ?
Gas ist Materie, bei der sich die Moleküle frei bewegen können. Diese Moleküle verteilen sich stets gleichmäßig im Raum, so dass überall der gleiche Druck herrscht. Bei Gasgemischen ist auch an jedem Ort des Raumes die Zusammensetzung des Gemisches die Gleiche, es herrscht überall der gleiche Partialdruck.
Bei einem festen Stoff sind die Teilchen fixiert. Sie können nur vibrieren und rotieren. Bei einer Flüssigkeit sind die Teilchen weniger stark gebunden. Sie können aneinander geleiten, aber sich nicht voneinader lösen.
Bei einem festen Stoff sind die Teilchen fixiert. Sie können nur vibrieren und rotieren. Bei einer Flüssigkeit sind die Teilchen weniger stark gebunden. Sie können aneinander geleiten, aber sich nicht voneinader lösen.
7.) Was ist Dampf ?
Wenn eine Flüssigkeit oder ein fester Körper gasförmig wird, so nennen wir diesen Vorgang "Verdampfen". Das entstandene Gas nennen wir " Dampf". Dieser Dampf übt, wie jedes Gas auch, einen Druck aus, den wir "Dampfdruck" nennen. Dieser Dampf kann wieder in die flüssige oder feste Phase zurückkehren.
Diesen Vorgang nennen wir kondensieren. Alle Dämpfe haben einen Sättigungsdampfdruck. Wenn der Druck in einem System höher wird als der Sättigungsdampfdruck, so kondensiert der Dampf. Umgekehrt gilt, solange noch eine Flüssigkeit in einem System vorhanden ist, kann man den Druck durch pumpen nicht unter den Sättigungsdampfdruck erniedrigen, weil ständig Flüssigkeit verdampft. In einem Behälter, der eine Flüssigkeit und deren Dampf enthält und der Druck gleich dem Sättigungsdampfdruck ist, kann ständig Dampf kondensieren und Flüssigkeit verdampfen. Wasser und dessen Dampfdruck verdient in der Vakuumtechnik unsere besondere Beachtung, denn als Luftfeuchtigkeit kommt Wasserdampf in relativ großen Mengen vor. Wasser ist aus Vakuumsystemen recht schwierig zu entfernen.
Wir bezeichnen Dämpfe als die Gase, die bei normalen Temperaturen verdampfen oder kondensieren. Grundsätzlich können alle Gase kondensieren, es kommt nur darauf an, wie tief man sie kühlt.
Diesen Vorgang nennen wir kondensieren. Alle Dämpfe haben einen Sättigungsdampfdruck. Wenn der Druck in einem System höher wird als der Sättigungsdampfdruck, so kondensiert der Dampf. Umgekehrt gilt, solange noch eine Flüssigkeit in einem System vorhanden ist, kann man den Druck durch pumpen nicht unter den Sättigungsdampfdruck erniedrigen, weil ständig Flüssigkeit verdampft. In einem Behälter, der eine Flüssigkeit und deren Dampf enthält und der Druck gleich dem Sättigungsdampfdruck ist, kann ständig Dampf kondensieren und Flüssigkeit verdampfen. Wasser und dessen Dampfdruck verdient in der Vakuumtechnik unsere besondere Beachtung, denn als Luftfeuchtigkeit kommt Wasserdampf in relativ großen Mengen vor. Wasser ist aus Vakuumsystemen recht schwierig zu entfernen.
Wir bezeichnen Dämpfe als die Gase, die bei normalen Temperaturen verdampfen oder kondensieren. Grundsätzlich können alle Gase kondensieren, es kommt nur darauf an, wie tief man sie kühlt.
Tabelle 3
8.) Dampfdruck des Wassers bei verschiedenen Temperaturen.
8.) Dampfdruck des Wassers bei verschiedenen Temperaturen.
Temp.[in C]
Druck [ in mbar ]
100
1010,8
50
130,3
25
22,6
0
7,3
-40
0,13
-78,5
7,7 x 10
-196
1,3 x 10
0
-3
-24
Flüssigkeit
Druck [ in mbar ]
Methylalkohol
127,7
Äthylalkohol
58,3
Azeton
245,8
Wasser
23,37
Tetrachlorkohlenstoff
121,0
Hochvakuum-
Diffusionspumpenöl
Diffusionspumpenöl
-7
-9
10.) Was ist freie Weglänge ?
Mit mittlerer freier Weglänge bezeichnet man die Distanz, die ein Gas- oder Dampfmolekül im Durchschnitt zurücklegt, bevor es mit einem anderen Gas- oder Dampfmolekül zusammenstößt. Im Hochvakuum (bei molekularer Strömung) werden diese Distanzen so groß, dass die Gasmoleküle nur noch mit der Wandung des Gefäßes kollidieren.
Die mittlere, freie Weglänge ist druckabhängig. Die Teilchen, die bei Atmosphärendruck alle 10tausendstel mm zusammenprallen, treffen im Mittel bei einem Druck von 10.....mbar nur alle 68 km aufeinander. Die folgende Formel zeigt die mittlere, freie Weglänge für Luft bei 20 C.
-9
0
Tabelle 5
11.) Die mittlere, freie Weglänge verschiedener Gase
bei 20 Grad Celsius und verschiedenen Drücken.
11.) Die mittlere, freie Weglänge verschiedener Gase
bei 20 Grad Celsius und verschiedenen Drücken.
12.) Avogadro´s Gesetz.
Bei gleichem Druck, gleicher Temperatur und gleichem Volumen haben alle Gase die gleiche Anzahl von Teilchen.
13.) Was ist ein Mol ?
Das mol ist ein Maß für die Stoffmenge.
Warum nimmt man gerade für 1 mol das Volumen von 22,415 Litern, um die Anzahl der Gasteilchen zu bestimmen ?
Weil dann das Gewicht des Gases gleich seiner relativen Atom- oder Molekülmasse ist.
Beispiel: 1 mol Helium = 22,415 Liter wiegen (bei 0 Grad Celsius und 1,013 bar) 4 Gramm.
Warum nimmt man gerade für 1 mol das Volumen von 22,415 Litern, um die Anzahl der Gasteilchen zu bestimmen ?
Weil dann das Gewicht des Gases gleich seiner relativen Atom- oder Molekülmasse ist.
Beispiel: 1 mol Helium = 22,415 Liter wiegen (bei 0 Grad Celsius und 1,013 bar) 4 Gramm.
Das Gas in einem mol (22,415 Liter) hat bei 0...C und 1,013 bar (76o Torr)
6.023.... Teilchen
6.023.... Teilchen
0
23
Bleiben wir beim Beispiel Helium:
In einem Kubikzentimeter befinden sich dann (wieder bei NTP d.h. bei Normdruck = 1,013 bar und bei Normtemperatur von 0...C:
0
-6
9
10
Beispiel: Wenn man ein Vakuum mit einem Druck von 10... mbar erzeugt, also 10... mal kleiner als 1 bar, so sind in diesem Vakuum pro Kubikzentimeter immer noch 2,69 x 10... Teilchen, d.h.:
2,69 Billionen Teilchen
14.) Mengengrößen
falls es sich um ein Gas handelt:
der p x V - Wert [p x V]
der p x V - Wert [p x V]
= mol, kmol
die Stoffmenge........[.....]
= 1
die Teilchenzahl [N]
= kg, g
die Masse [m]
= m ,.. l,...cm
Das Volumen [V]
3
3
3
Es gibt verschiedene Mengengrößen, wie in der folgenden Tabelle gezeigt:
15.) Die relative Molekülmasse.
Früher bezeichnete man diese Verhältnisse als "Atomgewicht" bzw. als "Molekulargewicht". Diese Bezeichnungen sind irreführend, weil es sich nicht um Gewichte, sondern um Verhältniszahlen handelt.
Die relative Molekülmasse M (auch Molmasse oder molare Masse genannt) in SI-Einheiten ist definiert in kg/kmol. In Formeln eingesetzt ist dann die relative Molekülmasse von Helium:
Die relative Molekülmasse M (auch Molmasse oder molare Masse genannt) in SI-Einheiten ist definiert in kg/kmol. In Formeln eingesetzt ist dann die relative Molekülmasse von Helium:
M = 4 kg / kmol
oder
M = 4 g / mol
oder
M = 4 g / mol
Download der Seite als PDF-Datei
Download der Seite als PDF-Datei
Diese Seite drucken als MS- Word-Datei
Diese Seite drucken als MS-Word Datei
Einführung in die Gasgesetze, Teil 1
Einführung in die Gasgesetze, Teil 1
Einführung in die Gasgesetze, Teil 2
Einführung in die Gasgesetze, Teil 2
Die Strömung von Gasen in Leckagen 1
Die Strömung von Gasen in Leckagen 1
Die Strömung von Gasen in Leckagen 2
Die Strömung von Gasen in Leckagen 2
Drucklagerungstest, Teil 1
Drucklagerungstest, Teul 1
Drucklagerungstest, Teil 2
Drucklagerungstest, Teil 2
Links zu anderen Lecksuchadressen
Links zu anderen Lecksuchadressen
Lecksuch- und Messverfahren
Lecksuch- und Messverfahren
Druckänderungs- verfahren
Druckänderungs- verfahren
Helium-Dichtheitstest an Wärmetauschern
Helium-Dichtheitstest an Wärmetauschern
Die Lecksuche mit Spürgasverfahren 1
Die Lecksuche mit Spürgasverfahren 1
Die Lecksuche mit Spürgasverfahren 2
Die Lecksuche mit Spürgasverfahren 2
Die Lecksuche mit Laserstrahlen
Die Lecksuche mit Laserstrahlen
Literaturangaben
Literaturangaben
Die Downloadseite
Die Downloadseite
Inhaltsverzeichnis
Historisches über die Lecksuchtechnik
Historisches über die Lecksuchtechnik
Heliumsensoren
durch Permeation
durch Permeation
Heliumsensoren
durch Permeation
durch Permeation
1.) Was ist Druck?
Druck wird definiert als Kraft pro Flächeneinheit. Wie aber entsteht diese Kraft, z.B. in einem Behälter, der mit Gas gefüllt ist?
Gas besteht aus kleinen Partikeln (Molekülen und Atomen). Diese Partikel sind in dauernder Bewegung. Wenn sie irgendwo auftreffen, so üben sie dort eine Kraft aus. Wenn man eine Flächeneinheit nimmt und die Anzahl und Intensität dieser Stöße misst, so ist das eine Druckmessung.
Gas besteht aus kleinen Partikeln (Molekülen und Atomen). Diese Partikel sind in dauernder Bewegung. Wenn sie irgendwo auftreffen, so üben sie dort eine Kraft aus. Wenn man eine Flächeneinheit nimmt und die Anzahl und Intensität dieser Stöße misst, so ist das eine Druckmessung.
Druck
1013 mbar (atm)
1 x 10.... mbar
1 x 10.... mbar
Teilchen pro cm...
3 x 10....
30 Trillionen
3 x 10....
30 Billionen
3 x 10....
30 Millionen
MFP
6,8 x 10... mm
6,8 cm
6,8 km
-3
-9
3
19
13
7
-5
Teilchendichte und mittlere freie Weglänge
(MFP = mean free path = mittlere freie Weglänge)