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Joule-Versuch



Einführung

James Prescott Joule wollte den Koeffizienten \pi_{T} = \left( \frac{ \partial U }{ \partial V }\right)_T bestimmen. Dazu expandierte er ein Gas in ein evakuiertes Gefäß, das von einem Wasserbad umgeben war und maß die Temperaturänderung des Wasserbads. Leider waren seine Messinstrumente zu ungenau, um die Temperaturänderung die durch den Joule-Thomson-Effekt verursacht wurde, zu bemerken. So schlussfolgerte er, dass die Innere Energie eines Gases nicht von seinem Volumen abhängt.

Erklärung

Die Änderung der Inneren Energie ist folgendermaßen definiert: dU = dW + dq mit W = Volumenarbeit gegen den Außendruck und q = Wärme. Die Temperatur blieb annähernd gleich, daher gilt hier q = 0. Es wurde auch keine Volumenarbeit verrichtet, da der Druck im Behälter vorher annähernd 0 war. Daraus folgt: dU = dW + dq = 0 + 0 = 0. Hätte er jedoch bessere Messgeräte besessen, so wäre ihm durchaus eine Temperaturänderung aufgefallen. Denn reale Gase besitzen intermolekulare Anziehungskräfte. Um diese zu Überwinden muss Energie aufgewendet werden, die dem System in Form von Wärme entzogen wird. Ideale Gase besitzen keine intermolekularen Anziehungskräfte. Deshalb ist bei diesen die Innere Energie unabhängig vom Volumen.

 
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