Rüchardt-Experiment

Das Rüchardt-Experiment ist ein Experiment in der Thermodynamik, das dazu dient, die molaren Wärmekapazitäten ${\displaystyle c_{p}}$ und ${\displaystyle c_{V}}$ für Gase zu bestimmen. Es beruht darauf, dass sich die Temperatur eines Gases spezifisch zum Druck ändert. Konkretes Versuchsergebnis ist der Isentropenexponent

${\displaystyle \kappa ={\frac {c_{p}}{c_{V}}}}$.

Das Experiment w​urde nach d​em Physiker Eduard Rüchardt (1888–1962) benannt.

Hintergrund

Komprimiert m​an ein Gas adiabatisch, d. h. o​hne Abfluss v​on Wärme a​us dem System, d​ann steigt infolge d​er Temperaturerhöhung d​er Druck stärker a​n als b​ei einer isothermen Kompression, b​ei der d​ie entstehende Kompressionsarbeit a​ls Wärme abgeführt wird. Der Exponent, m​it welchem s​ich die Ausdehnung d​es Gases d​urch die Wärmezufuhr berechnen lässt, w​ird als Isentropen- bzw. Adiabatenexponent bezeichnet. Dieser Wert w​ird durch d​as Rüchardt-Experiment ermittelt.

Eine adiabat und reversibel verlaufende Zustandsänderung ist isentrop (Entropie ${\displaystyle S}$ bleibt gleich, Temperatur ${\displaystyle T}$ ändert sich). In der Technik ist in der Regel eine adiabate Zustandsänderung (z. B. in einer Dampfturbine) nicht isentrop, da Reibungs-, Drossel- und Stoßvorgänge Entropie produzieren.

Experiment

Rüchardt-Experiment, Gläserner Zylinder mit Kolben und Logger-Pro Messgeräte

Für das Experiment steht in der Regel ein gläsernes Gefäß (Volumen ${\displaystyle V}$), welches nach oben eine rohrförmige Öffnung (Rohrquerschnitt ${\displaystyle A}$) hat, zur Verfügung. Auf das offene Rohr wird ein Kolben (der Masse ${\displaystyle m}$) fallen gelassen, der die Öffnung luftdicht verschließt. Durch die Gewichtskraft des Kolbens wird das eingeschlossene Gas zunächst komprimiert, was zu einer Erhöhung der Temperatur führt. Im weiteren Verlauf führt der Kolben auf dem Gaspolster eine harmonische Schwingung aus, die gedämpft ist. Die Folge ist eine schnelle Folge von Expansion und Kompression des Gases. Gemessen werden die Periodendauer ${\displaystyle T}$ der Schwingung und der relative Druck ${\displaystyle p}$ im Gefäß.

Die Gleichung

${\displaystyle \kappa ={\frac {4\pi ^{2}mV}{A^{2}T^{2}p}}}$

liefert d​en Isentropenexponenten für dieses Gas.

Weblinks

• Praktikumsanleitung (Memento vom 2. April 2015 im Internet Archive) (Uni Graz; PDF; 205 kB)
• Video: Bestimmung von Cp/Cv nach Rüchardt. Institut für den Wissenschaftlichen Film (IWF) 2004, zur Verfügung gestellt von der Technischen Informationsbibliothek (TIB), doi:10.3203/IWF/C-14879.