Diffusion, Wärmetransport und Viskositätskoeffizient

Der-Physik-hilflos-ausgel · Gast

Meine Frage:
Hallo Ihr Lieben!
Bin am verzweifeln über meinem Übungsblatt. Weiß einfach nicht welche Formeln ich verwenden soll.
Hier die Aufgaben:
1. Übungsaufgabe - Diffusion
Es soll ein Versuch mit einem Isotopengemisch von Stickstoffmolekülen durchgeführt werden.Dazu wird in einem kugelförmigen Behälter, von 1m Durchmesser, der 14N2Gas enthält, durch ein Ventil eine kleine Menge 15N2-Gas in die Mitte des Behälters eingebracht.
Im Behälter herrscht bei einer Temperatur von T = 25°C der Druck p = 013mbar.Schätzen Sie die Zeit grob ab (siehe Hinweis unten) die vergehen muß, bis die 14N2- und 15N2-Moleküle gleichförmig über den ganzen Behälter verteilt sind. Nehmen Sie dabei an,daß keine Konvektion stattfindet.
Hinweis: Typischerweise benutzt man die Standardabweichung einer Verteilung, wenn man Ihre Breite beschreiben soll.

2. Übungsaufgabe - Wärmetransport
Wir untersuchen ein zylindrisches Dewar-Gefäß der üblichen Doppelwandkonstruktion.Der äußere Durchmesser der inneren Wand beträgt di = 10,0 cm, der innere Durchmesser der äußeren Wand beträgt da = 10,6 cm. Das Dewargefäß ist mit einer Eis-Wassermischung gefüllt, die Umgebung des Gefäßes hat eine Temperatur von T = 25°C.

a) Im Zwischenraum, der mit Helium gefüllt ist, herrscht ein Druck von p = 1013mbar.Berechnen Sie den nach innen gerichteten Wärmefluss, der auf der Wärmeleitfähigkeit des Gases beruht. Nehmen Sie dabei an, dass der Radius eines He-Atoms etwa 1Å ist.

b) Schätzen Sie ab, auf welchen Wert der Druck p des Gases zwischen den beiden Wänden reduziert werden muß, damit der Wärmefluss durch Leitung auf ein Zehntel des in Teil a) berechneten Wertes sinkt.

3. Übungsaufgabe - Viskositätskoezient
Bestimmen Sie näherungsweise den Viskositätskoezienten von Argon bei T = 25°C und einem Druck von p = 1013mbar. Um die Größe eines Argonatoms abzuschätzen, benutzen Sie folgende Information: Röntgenstreuexperimente zeigen, daß die Kristallstruktur
von festem Argon flächenzentrierten Würfeln (fcc) entspricht. Nehmen Sie weiterhin an, daß die Argonatome feste Kugeln sind. Vergleichen Sie ihr Näherungsergebnis mit dem experimentell bestimmten Wert von Viskosekoeffizient Argon = 2,27*10^-4 g cm^-1 s^-1.

Meine Ideen:
1. Übungsaufgabe:
Ich gehe mal davon aus, dass ich irgendwas mit einem der beiden Fickschen Gesetze machen muss. Aber was??? Hab schon auf verschiedensten Seiten nachgelesen, komm aber einfach nicht drauf welche Gleichung ich nehmen muss.
2. Übungsaufgabe:
Bei dieser Aufgabe erscheint vor meinem inneren Auge einfach ein riesiges Fragezeichen. HILFE!!! Wie geht das???
3. Übungsaufgabe:
Zur Viskosiät haben wir quasi nur das Hagen-Poiseuillesche Gesetz aufgeschrieben und damit kann ich hier einfach beim besten Willen nix anfangen.

Ich hoffe wirklich ihr könnt mir helfen!!! Vielen Dank schonmal im Vorraus!!!
Und Frohe Ostern!

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Nur ein vager Literaturhinweis: Reine Diffusion (2. FICK scksche Gesetz?)

entspricht formal der Wärmeleitung und man kann entsprechende Lösungen verwenden: LANDAU / LIFSCHITZ 6 § 58 -> § 53, Beispiel 4 für die Ausgleichzeit in einer Kugel

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