Tauchphysik
Gay-Lussac - Druck und Temperatur
Wenn wir eine Tauchflasche mit Pressluft füllen, können wir beobachten, dass sich die Flasche stark erwärmt. Wenn wir das Ventil öffnen und die Luft abströmen lassen, kühlt das Ventil so stark ab, dass sich eine Eisschicht bilden kann. Man kann sich daher denken, dass Druck und Temperatur in einem Verhältnis miteinander stehen müssen.
In einem geschlossenen Behälter (z.B. Taucherflasche) entsteht der Druck durch das von ihrer Bewegung verursachte Anstoßen der Gasteile an die Wand dieses Containers. Bei Erwärmung nimmt die Geschwindigkeit der Moleküle zu und da sie sich in einem abgeschlossenen Raum nicht weiter ausdehnen können, prallen sie öfter gegen die Containerwand und der Druck steigt.
Das Gesetz von Gay-Lussac
Bei gleichbleibendem Volumen wächst der Druck einer bestimmten Gasmenge im gleichen Verhältnis wie die absolute Temperatur:
p/T = k
Wir können also auch zwei unterschiedliche Drücke und Temperaturen miteinander vergleichen:
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Damit kann man z.B. den Druckabfall berechnen, wenn man eine heiße Tauchflasche in kühles Wasser eintaucht:
Nehmen wir an, eine Flasche gefüllt mit 200 bar hat die Temperatur von 25° Celsius, was der Außentemperatur an einem schönen Sommertag entspricht. Das Wasser hat eine ist sehr kalt und hat eine Temperatur von nur 5°C. Mit dem gesetz von Gay-Lussac kann man jetzt berechnen, wie hoch der Flaschendruck nach Abkühlung auf 5°C ist:
p1 = 200 bar
T1 = 298 K (entspricht 25°C)
T2 = 278 K (entspricht 5°C)
p2 = X
p1/T1 = p2/T2 => 200 bar / 298 K = X / 278 K => (200 bar / 298 K) * 278K = X
X = 186,6 bar
Durch dir Abkühlung der Flasche reduziert sich also der Druck um 13,4 bar.
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