Frage zur Temperatur im Vakuum

Wenn ich mich recht erinnere, dann hat die Temperatur etwas mit der Bewegungsenergie der Teilchen zu tun, richtig?
Nun denke ich die ganze Zeit angestrengt darüber nach, wie sich die Temperatur ändert, wenn sich der Druck und damit die Menge der Teilchen in einem bestimmten Raum ändert.

Nehme ich zum Beispiel die größte Vakuumkammer der Welt und evakuiere dort die Luft. Wie ändert sich die Temperatur in diesem Raum? Bleibt sie gleich oder fällt sie? Wie weit sinkt sie und würden die Wände des Raumes dadurch eiskalt (also von außen ertastet)? Wie ist das bei einer verhältnismäßg kleinen Thermoskanne, wo im Glaskörper ein deutlicher Unterdruck herrscht? Die fühlt sich zwar kalt an, aber meine Hände frieren nicht sofort daran fest...

Was passiert eigentlich, wenn flüssiges Wasser ins Vakuum gelangt? Gefriert es zu Eis, weil es so kalt ist, oder verdampft es, weil der Druck fehlt? Und da gleich noch weitergefragt: Wenn man etwas entspannt, kühlt es ab, während es sich beim Zusammendrücken erwärmt, richtig? Warum ist dann komprimierter (flüssiger) Stickstoff kälter als entspannter (gasförmiger) Stickstoff?

Hallo Skeptika
das sind viele Fragen auf einmal, ich versuch´s mal:

Skeptika schrieb in Beitrag Nr. 2177-1:

Wenn ich mich recht erinnere, dann hat die Temperatur etwas mit der Bewegungsenergie der Teilchen zu tun, richtig?
Nun denke ich die ganze Zeit angestrengt darüber nach, wie sich die Temperatur ändert, wenn sich der Druck und damit die Menge der Teilchen in einem bestimmten Raum ändert.

Energie ist immer an Materie gebunden.
So ist ergibt sich z.B. kinetische Energie aus der Differenzgeschwindigkeit zwischen zwei Objekten. Potenzielle Energie aus der Entfernung zwischen zwei Objekten in einem Gravitationsfeld.
Elektrische Energie ergibt sich aus dem Ladungsunterscheid zwischen zwei Teilchen.

Zitat:

Nehme ich zum Beispiel die größte Vakuumkammer der Welt und evakuiere dort die Luft. Wie ändert sich die Temperatur in diesem Raum? Bleibt sie gleich oder fällt sie? Wie weit sinkt sie und würden die Wände des Raumes dadurch eiskalt (also von außen ertastet)? Wie ist das bei einer verhältnismäßig kleinen Thermoskanne, wo im Glaskörper ein deutlicher Unterdruck herrscht? Die fühlt sich zwar kalt an, aber meine Hände frieren nicht sofort daran fest...

Wenn ich ein Gas entspanne, so kühlt es sich ab. Wenn ich es verdichte, so erwärmt es sich. Lasse ich den Zustand konstant (weder verdichten noch entspannen) so passt sich das Gas der Umgebungstemperatur an. In einem idealen Thermosgefäß würde dieser Temperaturausgleich mit der Umgebung verhindert, aber jede reale Thermoskanne hat Verluste.

Zitat:

Was passiert eigentlich, wenn flüssiges Wasser ins Vakuum gelangt? Gefriert es zu Eis, weil es so kalt ist, oder verdampft es, weil der Druck fehlt?

ich antworte mal mit einem LINK:
http://www.thur.de/philo/tanja/wasser.htm

Zitat:

Und da gleich noch weitergefragt: Wenn man etwas entspannt, kühlt es ab, während es sich beim Zusammendrücken erwärmt, richtig? Warum ist dann komprimierter (flüssiger) Stickstoff kälter als entspannter (gasförmiger) Stickstoff?

Die Frage habe ich im Prinzip bereits vorher beantwortet.
wenn ich ein Gas verdichte, so erwärmt es sich. bleibt sein Volumen und Druck dann konstant, so gleicht sich die Temperatur mit der Umgebung an.
Der verdichtet Stickstoff erwärmte sich, während er verdichte wurde. Die Temperatur gleicht sich aber aus, nachdem der Druck nicht weiter verändert wurde.
So lange das System unverändert bleibt, wird auch die Stickstofftemperatur immer in etwa Raumtemperatur haben.
Sobald ich aber dem Stickstoff die Möglichkeit gebe sich zu entspannen, wird das entspannende Gas sich abkühlen.
Das bedeute, dass komprimierter Stickstoff nur so lange kälter ist, wie der Entspannungsvorgang abläuft. Das nennt man Verdampfungsenthalpie.
Schließe ich den Druckbehälter wieder, so kommt der Entspannungsvorgang zum Stillstand und der Stickstoff passt sich wieder der Raumtemperatur an, bis ein erneutes Öffnen des Behälters den Verdunstungsvorgang wieder ermöglicht.

Hallo Skeptika,

ich versuch´s auch ´mal

Skeptika schrieb in Beitrag Nr. 2177-1:

Wenn ich mich recht erinnere, dann hat die Temperatur etwas mit der Bewegungsenergie der Teilchen zu tun, richtig?
Nun denke ich die ganze Zeit angestrengt darüber nach, wie sich die Temperatur ändert, wenn sich der Druck und damit die Menge der Teilchen in einem bestimmten Raum ändert.

Idealerweise entspricht die Temperatur eines Gases der Geschwindigkeit der einzelnen Gasteilchen. Der Druck kann, wie du richtig schreibst, durch die Menge der Teilchen verursacht werden, die auf eine bestimmte Oberfläche, z.B. eine Wand, prasseln. Wenn das so ist, sollten Druck und Temperatur idealerweise erstmal unabhängig voneinander sein dürfen, d.h:

Nehme ich eine bestimmte Menge Teilchen und schließe diese in einem bestimmten Volumen ein, so habe ich einen bestimmten Druck. Halbiere ich nun das Volumen und schließe dieselbe Menge Teilchen in nur noch dem halbem Volumen ein, so habe ich den doppelten Druck - und das unabhängig von der Temperatur. Idealerweise gilt also p*V = konstant bei T = konstant.

Nun läuft aber nicht immer alles ideal. Wenn ich das Volumen z.B. durch Zusammendrücken schnell verringere, so übertrage ich dabei unweigerlich auch etwas Impuls auf die Teilchen. So stoße ich die Teilchen ja, bspw. beim Komprimieren mit einer Luftpumpe an. Dadurch werden die Teilchen schneller und die Luftpumpe und das Fahrradventil heiß. Umgekehrt übertragen die Gasmoleküle beim entspannen einen Teil ihrer Bewegungsenergie auf langsamere Teilchen und kühlen dadurch ab. Daher wird die Campinggaskartusche eiskalt, wenn ich viel Gas entnehme.

Diesem nicht idealen Verhalten der Gasteilchen haben wir es zu verdanken, dass so etwas wie ein Kühlschrank überhaupt funktioniert.

Zitat von Skeptika:

Nehme ich zum Beispiel die größte Vakuumkammer der Welt und evakuiere dort die Luft. Wie ändert sich die Temperatur in diesem Raum? Bleibt sie gleich oder fällt sie? Wie weit sinkt sie und würden die Wände des Raumes dadurch eiskalt (also von außen ertastet)? Wie ist das bei einer verhältnismäßg kleinen Thermoskanne, wo im Glaskörper ein deutlicher Unterdruck herrscht? Die fühlt sich zwar kalt an, aber meine Hände frieren nicht sofort daran fest...

Diese Frage kannst du dir mit obiger Erläuterung nun selbst beantworten ;-)

Zitat von Skeptika:

Was passiert eigentlich, wenn flüssiges Wasser ins Vakuum gelangt? Gefriert es zu Eis, weil es so kalt ist, oder verdampft es, weil der Druck fehlt?

Stell dir vor, was passiert, wenn du eine Menge sich bewegender Wassermoleküle in einem engen Volumen hast und plötzlich die Begrenzungswände wegnimmst. Die Wassermoleküle werden dann ungehindert in alle mögliche Richtungen abhauen. Sie verdampfen also.

Zitat von Skeptika:

Und da gleich noch weitergefragt: Wenn man etwas entspannt, kühlt es ab, während es sich beim Zusammendrücken erwärmt, richtig? Warum ist dann komprimierter (flüssiger) Stickstoff kälter als entspannter (gasförmiger) Stickstoff?

Stell dir die Frage, warum der flüssige Stickstoff überhaupt flüssig wurde.

Antwort: Weil er einserseits auf engem Raum gefangen gehalten und andererseits dabei immer kälter gemacht wurde. Dadurch waren die Stickstoffmoleküle gezwungen, dicht aneinander zu rücken und die zwischenmolekularen Kräfte konnten die Stickstoffmoleküle aneinander binden und so flüssig machen. Würde man einem Stickstoffgas dagegen allen voluminösen Freiraum dieser Erde geben, während man es abkühlt, so wäre ein Stickstoffmolekül vom nächsten bspw. 2m entfernt und das Gas könnte ungehindert langsamer (also kälter) werden, ohne dass irgendwelche Kräfte zwischen den Stickstoffmolekülen wirken würden, d.h. der Stickstoff bliebe gasförmig, egal, wie kalt du ihn machen würdest.

Faszinerend!

Danke Euch beiden!