Wärmelehre

Temperatur

• Symbol: T
• Einheiten: K, °C

Die Temperatur ist eine physikalische Größe, aus der Aussagen über folgende Eigenschaften von Stoffengetroffen werden kann:

• Thermisches Gleichgewicht: Besitzen zwei Körper die gleiche Temperatur, so erfolgt kein Wärmeaustausch zwischen beiden. Unterscheiden sich die Temperaturen, so fließt Wärme vom wärmeren zum kälteren Körper bis ein Gleichgewicht hergestellt wird.
• Maß der mittleren kinetischen Energie in Gasen
• Eigenschaften von Stoffen, die temperaturabhängig sind: z. B. thermische Ausdehnung von Stoffen, Dichte, elektrische Widerstände

Die Basiseinheit (Si-Einheit) der Temperatur wird in Kelvin (K) angegeben. Üblich ist in europäischen Ländern jedoch auch °C. Dabei entspricht 1 °C = 274,15 K.

Bei Entstehung der Celsiusskala definierte der Astronom Anders Celsius Fixpunkte. Er sagte, dass bei 0 °C der Siedepunkt reinen Wassers und bei 100 °C der Schmelzpunkt reinen Eises liegt. Die Umkehrung des Gefrier- und Siedepunktes wurde erst nach seinem Tod festgelegt und bietet die Grundlage für heutige Temperaturmessungen.

Der absolute Nullpunkt

Der absolute Nullpunkt ist laut Definition die tiefste noch messbare Temperatur und beträgt null Kelvin (-273,15 °C). Die Theorie besagt, dass Gase umso kühler werden, je langsamer sich die Teilchen in ihm bewegen. Beim absoluten Nullpunkt ist die Bewegung der Teilchen gleich null. Es können also keine negativen Temperaturen auf der absoluten Temperaturskala (Kelvinskala) erreicht werden.

Wärmeausdehnungskoeffizienten

Verschiedene Stoffe dehnen sich bei Temperaturerhöhung unterschiedlich stark aus. Der verantwortliche Effekt ist die Wärmeausdehnung. Diese erfolgt nicht immer gleichmäßig und wird je nach Ausdehnung untergliedert in:

Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient

Dieser gibt an, um welche Längenänderung sich ein Stoff im Verhältnis zur Gesamtlänge ändert.

• α: Längenausdehnungskoeffizient (10^-6 / K) bei 20 °C
• L: Länge (m)
• ΔL: Längenänderung (m)
• ΔT: Temperaturänderung (K)

Volumenspezifischer Ausdehnungskoeffizient/kubischer Ausdehnungskoeffizient

Er gibt an, welche Volumenänderung eines Körpers im Vergleich zum Gesamtvolumen bei Erwärmung um einen Kelvin auftritt.

• γ: kubischer Ausdehnungskoeffizient (10^-3 / K) bei 20 °C
• V₀: Volumen vor Erwärmung (m³)
• δV: Volumenänderung (m³)
• δT: Temperaturänderung (K)

Temperaturmessung

Durch die Temperaturabhängigkeit verschiedener Stoffeigenschaften können diese abhängigen Größen zur Messung der Temperatur genutzt werden.

Flüssigkeitsthermometer

Eine Flüssigkeit (meist Quecksilber oder gefärbter Alkohol) befindet sich in einem dünnen Rohr, an dem eine Skala angebracht ist. Durch die Volumenausdehnung und Volumenabnahme beim Erhitzen oder Abkühlen der Flüssigkeit kann die Temperatur gemessen werden. Wasser ist aufgrund der sogenannten Anomalie des Wassers nicht geeignet.

Gasthermometer

In einem dünnen Rohr, ähnlich dem des Flüssigkeitsthermometers, befindet sich ein Quecksilbertropfen, der einen Raum, in dem sich ein Gas befindet, abschließt. Dieses Gas dehnt sich bei Erwärmung aus bzw. verringert sein Volumen bei Abkühlung.

Bimetallthermometer

Die Ausdehnung bei Erwärmung ist von Stoff zu Stoff unterschiedlich. Ein spiraler Bimetallstreifen, bestehend aus zwei unterschiedlichen Metallen, wird an einem Zeiger angebracht. Bei Erwärmung dehnen sich die zwei Metalle unterschiedlich aus, was zu einem Ausschlag des Zeigers führt.

Elektronisches Thermometer/Widerstandsthermometer

Die Temperaturabhängigkeit von elektrischen Widerständen, vor allem bei Halbleiterstoffen, ist sehr hoch. Es gilt: Der Widerstand eines Heißleiters verringert sich bei steigender Temperatur. Durch Verringerung des Widerstandes erhöht sich der Stromfluss, woraus sich ein Maß für die Temperaturänderung ergibt.

Thermofarben

Sogenannte Thermofarben verändern ihre Farbe oder senden Licht bei bestimmten Temperaturänderungen aus.

Wärme

• Wärme:
  • Symbol: Q
  • Einheit: J
• Spezifische Wärmekapazität:
  • Symbol: c
  • Einheit: J/(kg x K)

Die Erhöhung der Temperatur bewirkt eine Steigerung der kinetischen Energie seiner kleinsten Teilchen. Erwärmung bedeutet Energiezufuhr, Abkühlung bedeutet Energieentzug.

Die Wärme ist eine besondere Form der Energie. Nach dem Energieerhaltungssatz kann die innere Energie nur durch Umwandlung aus anderen Energiearten erhalten werden. Zum Beispiel aus mechanischer, elektrischer, chemischer oder Kernenergie.

Merke: Energie kann nicht verloren gehen, sondern nur von einer Energieform in eine andere Energieform umgewandelt werden.

Die Wärme und die innere Energie sind mit den anderen Energieformen als gleichwertig und zumindest teilweise ineinander umwandelbar anzusehen.

Die Wärme, die ein Körper aufnimmt, ist proportional zur Masse und zur Temperaturänderung eines Körpers. Die spezifische Wärmekapazität gibt allgemein an, welche Wärme notwendig ist, um ein Kilogramm dieses Stoffes um einen Kelvin zu erwärmen. Mittels eines Kalorimeters können spezifische Wärmekapazität, also die Änderung der Wärme in einem Körper, und somit die Änderung seiner inneren kinetischen Energie bestimmt werden (Wärmeflusskalorimeter, Wärmebilanzkalorimeter, adiabatische Kalorimeter).

Die Berechnung der Wärme wird wie folgt definiert:

Die aufgenommene bzw. abgegebene Wärme eines Körpers ist gleich dem Produkt aus der spezifischen Wärmekapazität, der Masse des Körpers und dem Temperaturunterschied.

Wärmeleistung

• Symbol: P
• Einheit: W

Liefert eine Wärmequelle in einem bestimmten Zeitintervall eine bestimmte Wärmemenge, dann ist ihrer Wärmeleitung der Quotient aus Wärme und Zeitintervall.

Wärmeströmung

Die Wärme kann auf drei verschiedene Arten übertragen werden: durch Wärmeleitung, Wärmeströmung (Konvektion) und durch Wärmestrahlung. Dabei geht Wärme von einem Körper auf einen kälteren über.

Wird ein Körper an einer Stelle erwärmt, so nimmt infolge der Temperatursteigerung die Dichte der Flüssigkeit an dieser Stelle ab. Durch den Auftrieb steigt der erwärmte Flüssigkeitsanteil nach oben auf und ein kälterer Flüssigkeitsanteil sinkt nach unten ab. Es kommt somit zum Transport ganzer Flüssigkeitsmassen, die Wärmeenergie mit sich führen.

Beim Menschen findet sogar durch folgende vier Mechanismen ein ständiger Wärmeaustausch mit seiner Umgebung statt.

Konduktion (Wärmeübertragung durch direkten Kontakt):

Hier wandert die Wärme von Stellen höherer Temperatur zu benachbarten (angrenzenden) Stellen niedrigerer Temperatur. Die Übertragung erfolgt durch die Weiterleitung der Bewegungsenergie von Molekül zu Molekül.

Konvektion (Wärmeaustausch über ein Medium (Luft, Wasser)):

Die Bewegung von Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen wird ebenfalls als Konvektion definiert. Sie ist im Rahmen der menschlichen Thermoregulation ein wichtiger Faktor zur Abgabe entstehender Körperwärme. Der Konvektionstransport transportiert durch die Blutströmung Blutgase durch den Körper.

Radiation (Wärmestrahlung durch elektromagnetische Wellen):

Erfolgt der Wärmeenergietransport von einem wärmeren Körper zu einem kälteren ohne Mitwirkung eines Zwischenmediums, heißt es Wärmestrahlung. Wärmestrahlen gehen nicht nur von licht aussendenden warmen Körpern aus, sondern auch von nicht lichtaussendenden Körpern, sobald ihre Eigentemperatur höher als die Umgebungstemperatur ist. Treffen Wärmestrahlen auf einen Körper niedrigerer Temperatur, so erwärmen sie diesen.

Evaporation (Wärmeverlust durch Verdunstung):

Die Verdunstung erfolgt über die Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion in Form von Schweiß.

Der Hauptsatz der Wärmelehre

• Verrichtete Arbeit (W) in J
• Enthalpie (H) in J
• Innere Energie (U) (einheitslos)
• Druck (p)
• Volumen (V)

Der Zustand eines Gases ist durch die drei Zustandsgrößen Druck, Volumen und Temperatur gekennzeichnet. Änderungen von zwei oder allen Zustandsgrößen heißen Zustandsänderung. Zu jedem Zustand eines Systems gehört ein eindeutig bestimmter Wert der inneren Energie. Dafür findet der erste Hauptsatz der Wärmelehre Anwendung. Es gilt:

Die Zufuhr von Wärme und mechanischer Arbeit vergrößert die innere Energie eines abgeschlossenen Systems.

Ist Q die zugeführte Wärmeenergie, W die verrichtete mechanische Arbeit und ΔU die Änderung der inneren Energie, dann gilt:

Bei idealen Gasen bewirkt die mechanische Arbeit eine Volumenänderung. Die zugeführte Wärmeenergie führt zu einer Erhöhung der inneren Energie und einer Vergrößerung des Volumens. Die innere Energie bezeichnet die gesamte im System vorhandene Energie. Es ist eine Zustandsfunktion, die nur vom Zustand der Größen Druck, Volumen und Temperatur abhängig ist. Die Änderung der inneren Energie wird nur vom Anfangszustand und Endzustand bestimmt.

Die Summe aus der inneren Energie und dem Produkt aus Druck und Volumen heißt Enthalpie. Das Produkt aus Druck und Volumen entspricht der Verdrängungsarbeit:

Wärmeleitung

Die einfachste Art der Wärmeübertragung ist die Wärmeleitung. Wie bereits erwähnt, passiert dies durch angrenzende Stoffe, von dessen der wärmere Stoff seine Energie an den kälteren abgibt.

Wärmeleitung erfolgt ausschließlich in Materie und setzt voraus, dass ein Temperaturgefälle vorhanden ist. Verschiedene Materialien haben verschiedene Wärmeleitvermögen. Dieses Wärmeleitvermögen wird durch die Wärmeleitzahl ausgedrückt. Die Wärmeleitzahl gibt die Wärmemenge an, die pro Zeiteinheit durch einen Würfel der Kantenlänge 1 m zwischen zwei gegenüberliegender Seitenflächen fließt, zwischen denen die Temperaturdifferenz von einem Kelvin besteht. Die übrigen Flächen des Würfels müssen dabei völlig wärmeundurchlässig sein.

Die Wärmeleitfähigkeit der Stoffe kann auch in Bezug auf einen bestimmten Stoff dargestellt werden. Dies ist die relative Leitfähigkeit.

Metalle sind im Allgemeinen gute Wärmeleiter. Schlechte Wärmeleiter sind Gase, Wolle, Papier u. v. m. Solche schlechten Wärmeleiter werden als Wärmeisolierstoffe verwendet.

In der Medizin werden verschiedene Wärmetherapien angewendet, um u. a. die Verbesserung und den Erhalt der Funktion der Bewegungsorgane zu gewährleisten: zur Kräftigung und Entspannung der Muskulatur, zur Verbesserung der Trophik oder zur Schmerzlinderung.

Druck und Druckausbreitung in Flüssigkeiten und Gasen

• Druck (p) in Pa, N/m²
• Kraft, die auf die Fläche wirkt (F) in N
• Gedrückte Fläche, Querschnitt (A) in m²

Flüssigkeiten besitzen aufgrund der gegenseitigen Verschiebbarkeit der Moleküle bzw. Atome keine feste Gestalt. Sie nehmen die entsprechende Form des verfügbaren Gefäßes an. Die Oberfläche von Flüssigkeiten bildet im Ganzen gesehen eine waagerechte Ebene. In Gasen bestehen zwischen den einzelnen Molekülen keine bindenden Kräfte. Die Moleküle sind (außer zum absoluten Temperaturnullpunkt) ständig in Bewegung. Prallen sie zusammen oder an Begrenzungswände, so stoßen sie elastisch ab. Dadurch bewegen sie sich auf unregelmäßigen Zickzack-Bahnen.

Ein Gasmolekül erfährt pro Sekunde ungefähr 10 Billiarden Zusammenstöße.

Ist ein Fluid in einem allseits geschlossenen Gefäß, so kann mithilfe eines beweglichen Stempels eine Kraftwirkung auf die Fluidmenge ausgeübt werden. Im Gegensatz zu Festkörpern, auf welche in einem Punkt eine Kraft wirken kann, würde bei Fluiden das getroffene Teilchen wegen seiner Beweglichkeit ausweichen. Durch einen Stempel wird die Kraft gleichmäßig auf der ganzen Stempelfläche wirksam. Bei den der Stempelfläche anliegenden Teilchen entsteht sofort ein Druck, den sie aber durch ihre Beweglichkeit in alle Richtungen weiterleiten. An jeder Stelle innerhalb eines Fluids herrscht deshalb der gleiche Druck.

Der Druck ist definiert als das Verhältnis einer senkrecht auf eine Fläche wirkende Kraft zur Größe dieser Fläche: 

Druck und Volumen eines Gases

Der Druck eines Gases ist bei konstanter Temperatur proportional zu der im Raum vorhandenen Anzahl von Molekülen. Ein Maß für die Anzahl der Moleküle ist die Masse des Gases.

Gesetz von Boyle-Mariotte:

Das Produkt von Druck und Volumen einer abgeschlossenen Gasmenge ist bei gleichbleibender Temperatur konstant.

Da eine Druckänderung das Volumen einer Gasmenge beeinflusst, muss auch die Dichte von Gasen druckabhängig sein. Bei gleichbleibender Temperatur ist die Dichte eines Gases proportional zum Druck. Die Dichten verhalten sich wie die Drücke.

Gesetz von Gayle-Lussac:

Das Volumen idealer Gase ist proportional zur Temperatur, sofern Stoffmenge und Druck konstant sind.

Gesetz von Amontons:

Bei einer Erwärmung eines idealen Gases erhöht sich der Druck, bei Abkühlung verringert sich der Druck.

Reale und ideale Gase

Um Gase einfacher berechnen zu können, wurden folgende Vereinfachungen definiert:

• Die Teilchen sind elastische Körper von vernachlässigbar kleinen Volumen.
• Es kommt zu einer elastischen Reflexion an der Behälterwand.
• Die Teilchen sind gleichmäßig im Raum verteilt (Homogenität).
• Die Geschwindigkeiten der Teilchen sind gleich verteilt (Isotropie).

Zustandsgleichung idealer Gase

• Volumen (V) in l
• Masse (m) in kg
• Molare Masse (M)
• Stoffmenge (n) in mol
• Universelle Gaskonstante (R) in J/(K*mol)
• Temperatur (T) in K, °C

Zur Beschreibung idealer Gase wird die allgemeine Zustandsgleichung verwendet. Sie ist definiert als die gleichzeitige Änderung von Volumen, Druck und Temperatur.

Für den Druck ist der absolute Druck einzusetzen. Bei Überdruck verliert die allgemeine Gasgleichung ihre Gültigkeit. Die allgemeine Gasgleichung gilt nur für ideale Gase. Bei realen Gasen hat sie nur beschränkte Gültigkeit, für Dämpfe gilt sie nicht. Aus der allgemeinen Gasgleichung lässt sich das „Normvolumen“ eines Körpers berechnen. Unter Normvolumen wird das Volumen bei Normaldruck p₀ = 1013 mbar und bei einer Temperatur von T = 0 °C verstanden. Im Normzustand nimmt sich ein mol eines idealen Gases das Volumen von V₀ = 22,4 l ein.

Ist der konstante Ausdruck p × V / T proportional zur Masse des eingeschlossenen Systems, so wird der dazugehörige Proportionalitätsfaktor als Gaskonstante bezeichnet. Der Zahlenwert der Gaskonstanten ist von der Art des Gases abhängig.

Die Anzahl gleichartiger Teilchen, die in einem System erhalten sind, heißt Stoffmenge. Ein Mol ist die Stoffmenge, in der so viele Teilchen enthalten sind wie Atome in 12 Gramm eines Kohlenstoffisotop C₁₂. Die Stoffmenge von einem Mol enthält also bei allen Stoffen 6,0221367 × 10²³ Teilchen. Im Normzustand besitzt 1 mol eines jeden Gases das gleiche Volumen.

Das Produkt der universellen Gaskonstante und der molaren Masse wird als molare Gaskonstante bezeichnet. Sie ist eine stoffunabhängige Größe.

Stoffmengenbezogene Zustandsgleichung:

Der Zustand eines Gases ist also durch drei Zustandsgrößen bestimmt (Druck, Volumen, Temperatur). Änderungen von zwei oder allen Zustandsgrößen heißen Zustandsänderung.

Zu jedem Zustand eines Systems gehört ein eindeutig bestimmter Wert der inneren Energie. Der erste Hauptsatz der Wärmelehre lautet:

Die Zufuhr von Wärme und mechanischer Arbeit vergrößert die innere Energie eines geschlossenen Systems. Es gilt:

Bei idealen Gasen bewirkt die mechanische Arbeit eine Volumenänderung. Die zugeführte Wärmeenergie führt zu einer Erhöhung der inneren Energie und einer Vergrößerung des Volumens.

• Isotherme Zustandsänderung: Temperatur bleibt konstant, p x V = konstant
• Isobare Zustandsänderung: Druck bleibt konstant, V / T = konstant
• Isochore Zustandsänderung: Volumen bleibt konstant, ρ / T = konstant

Adiabatische Zustandsänderung

• Adiabatenexponent (K)
• Entropieänderung (S = 0 bei adiabatischer Zustandsänderung) (ΔS)
• Isobare Wärmekapazität (C_p) in J/(kg*K)
• Isochore Wärmekapazität (C_V) in J/(kg*K)

Die adiabatische Zustandsänderung eines idealen Gases erfolgt ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung. Um diese Zustandsänderung ermöglichen zu können, ist eine vollkommene Wärmeisolierung erforderlich. Adiabatische Zustandsänderungen werden auch als isentrope Zustandsänderungen bezeichnet. Die Gesetzmäßigkeit für eine isentrope Zustandsänderung heißt Poissonsche Isentropengleichung:

Die bei einer isentropen Entspannung verrichtete Arbeit ist bei einer bestimmten Gasmenge nur von der Temperaturänderung abhängig.

Gasgemische

• Partialdruck eines Gases (ρ_A) in Bar
• Konzentration eines Gases in einem Lösungsmittel (A) in mol/l
• Konstante (K)

Mischungen aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen, bei denen ein Gas entsteht, heißen Gasgemische. Diese sind in ihrem Mischungsverhältnis homogen.

Die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit wird mit dem Henry-Dalton-Gesetz beschrieben. Die Konzentration eines Gases in der Flüssigkeit ist proportional dem Partialdruck des Gases über der Flüssigkeit.

Aggregatzustände

• Fest
• Flüssig
• Gasförmig

Bei jedem der drei Aggregatzustände haben die betreffenden Stoffe besondere Eigenschaften. Feste Stoffe haben eine feste Gestalt und ein festes Volumen. Ihre Teilchen werden durch Kohäsionskräfte zusammengehalten. Flüssige Stoffe haben keine feste Gestalt. Sie haben aber ein festes Volumen und zwischen ihren Teilchen wirken Kohäsionskräfte. Gasförmige Stoffe besitzen weder eine feste Gestalt noch ein bestimmtes Volumen. Ihre Teilchen haben nur noch vernachlässigbare Kohäsionskräfte.

Um einen höheren Aggregatzustand (fest → flüssig → gasförmig) erreichen zu können, ist Energiezufuhr nötig. Bei einem Übergang zu einem niedrigeren Aggregatzustand wird Energie abgegeben.

Schmelzen und Erstarren

Der Übergang vom festen Zustand eines Stoffes in seinen flüssigen Zustand heißt Schmelzen. Die umgekehrte Änderung heißt Erstarren. Die Temperatur, bei der ein Körper schmilzt, heißt Schmelztemperatur.

Die Schmelz- und Erstarrungstemperatur ist pro Stoff gleich. Während des Schmelzens bleibt die Schmelztemperatur trotz Wärmezufuhr konstant. Die zugeführte Wärme wird dazu verwendet, um den Stoff vom festen in den flüssigen Aggregatzustand zu verwandeln. Auch während des Erstarrens bleibt die Temperatur trotz Wärmeabgabe konstant. Erst nachdem der gesamte Stoff erstarrt ist, kommt es bei weiterem Wärmeentzug zu einer weiteren Abkühlung des dann festen Stoffes.

Verdampfen und Kondensieren

Vorgänge, bei denen ein Stoff aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht, heißt Verdampfen. Umgekehrte Vorgänge heißen Kondensieren. Sieden ist das Verdampfen einer Flüssigkeit, wobei sich auch im Inneren der Flüssigkeit Dampfblasen bilden. Während des Siedens bleibt die Temperatur der Flüssigkeit trotz weiterer Wärmezufuhr konstant.
Die Siedetemperatur ist stark abhängig vom Druck, unter dem die Flüssigkeit steht. Unter normalen Siedetemperaturen wird die Siedetemperatur bei Normaldruck von 1013 mBar verstanden. Das Verdampfen einer Flüssigkeit unterhalb ihrer Siedetemperatur heißt Verdunsten. Es geschieht nur an der Flüssigkeitsoberfläche und kann bei jeder Temperatur oberhalb des Nullpunkts auftreten. Beim Verdunsten entzieht eine Flüssigkeit die nötige Wärme ihrem eigenen Energiegehalt und dem der Umgebung.

Beispiel: Wenn ein Mensch schwitzt, so verdunstet Schweiß auf der Hautoberfläche. Es wird Energie in Form von Wärme abgegeben. Der Körper gibt sozusagen die überschüssige Wärme ab, um einer Überhitzung vorzubeugen.

Durch Verdampfen und Kondensieren von Wasser kann „reines“ Wasser hergestellt werden. Diese Art der Flüssigkeitsaufbereitung heißt Destillieren.

Sublimation

Bei vielen Stoffen ergibt sich ein direkter Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand und umgekehrt, ohne dass eine Flüssigkeitsbildung beobachtet werden kann. Dies zeigt sich bei der Verflüchtigung von Naphthalin oder bei der Bildung von Eiskristallen in der Luft. Diesen Phasenübergang von fest in gasförmig und umgekehrt wird als Sublimation bezeichnet. Der flüssige Zustand wird übersprungen.

Dampfdruck

Bei idealen Gasen verhalten sich Druck und Volumen umgekehrt proportional zueinander. Bei realen Gasen ist diese umgekehrte Proportionalität nur näherungsweise richtig. Bei Dämpfen ändert sich der Druck bei Volumenänderungen fast nicht. Dieser Unterschied zwischen Gas und Dampf basiert auf der Differenz zwischen Temperatur und druckabhängigen Siedepunkt.

Der Dampfdruck p ist nicht von der Größe des Dampfvolumens abhängig. Er hängt nur von der Temperatur ab.

Der Dampf ist gesättigt, wenn der Sättigungsdampfdruck erreicht ist, das heißt, er steht mit dem Druck der Flüssigkeit im Gleichgewicht.

Gase sind stark ungesättigte Dämpfe. Ihre Temperatur liegt weit über dem zu ihrem Druck gehörenden Siedepunkt.

Wasserdampf in der Luft

Da an der Oberfläche aller Gewässer stets Wasser verdunstet, enthält die Luft immer Wasserdampf, der meistens ungesättigt ist. Die Temperatur, auf die er abgekühlt werden müsste, damit er ungesättigt wäre, heißt Taupunkt. Bei einer Abkühlung unter dem Taupunkt kondensiert so viel Wasserdampfs, dass nur noch der zu dieser Temperatur gehörende Wasserdampfgehalt übrig bleibt. Der kondensierte Wasserdampf erscheint als Nebel, Regen, Schnee oder Reif.

Bei jeder Temperatur kann in einem gewissen Luftvolumen nur eine bestimmte Menge Wasserdampf erhalten sein. Der Gehalt an Wasserdampf in der atmosphärischen Luft schwankt zeitlich und örtlich und wird als Luftfeuchtigkeit bezeichnet. Unter der maximalen Luftfeuchtigkeit wird die maximale Wasserdampfmenge, die ein Kubikmeter Luft bei einer bestimmten Temperatur erhalten kann, verstanden.

F (maximal) = Wasserdampfmasse in Luft / Volumen der feuchten Luft

Die kritische Temperatur

Die Temperatur, bei der eine Verflüssigung durch Anwendung noch so hoher Drücke nicht mehr möglich ist, heißt die kritische Temperatur des Gases. Die zugehörige Isotherme hat einen Wendepunkt mit waagerechter Tangente beim kritischen Druck. Nur unterhalb der kritischen Temperatur lassen sich Gase durch Druck verflüssigen.

Reale Gase kühlen sich bei einer gedrosselten Entspannung geringfügig ab.

Tripelpunkt

Die drei eben benannten Aggregatzustände können gemeinsam ein thermodynamisches Gleichgewicht eingehen. Wenn dieses Gleichgewicht, welches durch Druck und Temperatur beschrieben ist, vorhanden ist, so handelt es sich um den sogenannten Tripelpunkt.