Schallausbreitung / Grundschwingung / Kundt / adiabatisch

KeenBlassenSchimmer · Gast

Habe hier so einige Fragen .... die ich auch schon versucht habe zu beantworten - hab es irgendwie aus Büchern übernommen. Nun wollte ich fragen: könnte mir jemand noch mal genaueres zu schreiben oder die Antworten genauer/besser formulieren bzw. auch gute Beispiele dazu liefern?
Vielen Dank!

1. Vergleichen Sie Schallwellen in Festkörpern und Gasen!
Während in festen Körpern longitudinale und transversale Wellen möglich sind, können sich in Flüssigkeiten und Gasen nur longitudinale Wellen fortpflanzen (keine Schubkräfte möglich!). Bei Longitudinalwellen in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen erleidet jedes Volumenelement V eine periodische Verschiebung und eine periodische Druckänderung (Kompression und Dilatation).
Die Schallgeschwindigkeit ist abhängig von folgenden Eigenschaften des Mediums: Dichte, Druck ,Temperatur und Feuchtigkeit.

2. Was bedeutet der Begriff „Grundschwingung“?
Die wenigsten Schwingungen sind harmonisch, sondern oftmals sehr komplizierte periodische Funktionen der Zeit. Diese können jedoch in eine harmonische Grundschwingung und eine im Allgemeinen große Anzahl von harmonischen Oberschwingungen mit verschiedenen Amplituden zerlegt werden, deren Frequenz ganz- zahlige Vielfache der Grundfrequenz sind.

3. Wie wurde der Originalversuch von Kundt durchgeführt?
Beim Originalversuch von Kundt wird statt des Lautsprechers ein bei ¼ und ¾ seiner Länge eingespannter Eisenstab benutzt, an dessen Ende ein Plättchen angebracht ist. Durch Reibung mit einem Lederlappen wird der Stab zu einer longitudinalen Eigenschwingung angeregt, deren Wellenlänge gleich der Stablänge ist. Das Plättchen wirkt dann wie eine Membrane eines Lautsprechers. Die Abstimmung auf Resonanz im Glasrohr erfolgt mit einem Kolben, der mehr oder weniger in das Glasrohr geschoben wird und dadurch die aktive Rohrlänge ändert. Die Bewegungsbäuche und -knoten im Glasrohr können durch Korkmehl sichtbar gemacht werden.

4. Erläutern Sie den Begriff „adibat“ und geben Sie ein praktisches Beispiel an!
Eine Zustandsänderung ist adiabatisch oder isentrop, wenn die Entropie konstant bleibt. Sie erfolgt nur, wenn sie ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindet, d.h. bei völliger Wärmeisolierung oder wenn, wie hier, die Entwicklung von Wärme so schnell vonstatten geht, dass sie nicht abfließen kann.
Als Beispiel sei ein mit Gas befüllter, wärmeisolierter Zylinder genannt, dem Energie durch Bewegung (Rührer) zugeführt wird. Da die entstehende Wärme nicht abgeführt werden kann, erhöht sich der Innendruck. Somit kann Energie, z.B. über eine Kolbenstange abgeführt werden.

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Hallo KeenBlassenSchimmer,

es ist sehr erfreulich, daß Du ohne explizite Aufforderung schon mal das
aufgeschrieben hast, was Du zu deinen Fragen selbst herausgefunden hast Thumbs up!

.
Das ist leider nicht für jeden Fragesteller selbstverständlich.

Meine Anmerkungen:

1)
Volumenelemente, deren Durchmesser sehr viel kleiner sind als die Wellenlänge
der betrachteten Schallschwingung, werden periodisch komprimiert und gedehnt.

Die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern hängt in erster Linie ab von der Stärke
der Wechselwirkung zwischen den Atomen. Für einen gegebenen Aggregatzustand
(fest, flüssig oder gasförmig) eines Stoffes, hängt die Schallgeschwindigkeit ab
vom Druck und der Temperatur. In Gasgemischen wie z.B. Luft (N2,O2,H2o, u.a.)
hängt die Schallgeschwindigkeit zusätzlich noch ab von der genauen Zusammensetzung
und damit auch vom Wasserdampfanteil (Feuchtigkeit).

2)
Die "komplizierte" periodische Funktion hat eine Periode, d.h. es gibt eine Zeit T,
nach der sich die Schwingung exakt wiederholt. Die Frequenz f=1/T wird als Frequenz
der Grundschwingung bezeichnet.

3)
Ich weiß nicht in wie vielen Varianten der Versuch von Kundt in der Literatur
zitiert wird. Ich habe hier ein Beispiel, wo der Stab lediglich in der Mitte
eingespannt ist. Aber das ist wahrscheinlich nicht wirklich wichtig. Das was Du
geschrieben hast, erscheint mir vernünftig.

4)
Der Begriff Adiabat ist mir nicht bekannt. Es gibt aber adiabatische Kurven, die
auch als Adiabaten bezeichnet werden und die von dir erwähnten adiabatischen
Zustandsänderungen. Mir erscheint das Beispiel mit dem Rührer etwas merkwürdig.
Hast Du eine geneauere Beschreibung für den von dir betrachteten Prozeß? Ansonsten
habe ich den Eindruck, daß Du das Wesentliche erfaßt hast.

Gruß von Bruce

Nikolas

Das hier hat ein Gast in einem anderen Thread geschrieben, passt eher hierhin:

Ich vesuch mal eine Antwort:
1. Die Gasmoleküle verhalten sich in "normalen" Situationen (Sauerstoff, Stickstoff, CO2 etc bei Alltagsbedingungen d.h 1bar, 20°C) wie Stahlkugeln oder Hanteln (2-atomige Moleküle). Im Festkörper resp. in einer Flüssigkeit "kleben" die Atome/Moleküle aneinander. In der Folge wird in Flüssigkeiten/Festkörpern das benachbarte Molekül auch auf die Seite gezogen, wenn ich mein "Mastermolekül" seitlich verschiebe. Existiert kein "Klebstoff" zwischen den Atomen, werden benachbarte Atome bei seitlicher Bewegung nicht mitgezogen (=Kugeln in Luft im Gegensatz zu Kugeln in einem Behälter, gefüllt mit Leim).
2. Siehe KeenBlassenSchimmer
Vielleicht könnte man dies noch anders beschreiben: Herr Fourier (ein Mathematiker) hat gezeigt, dass man jede periodische Funktion beliebig gut annähern kann durch eine Summe von Sinus und Kosinusfunktionen, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz f1 = 1/T beträgt, wobei T die Periodenlänge bezeichnet.
3. Müsste ich auch googeln
4. Ein Prozess ist dann "adiabatisch", wenn dem betrachteten System keine Wärmeenergie zugeführt oder entnommen wird (=kein Wärmestrom zum oder aus dem System existiert). Ein weiteres Beispiel eines adiabatischen Prozession ist die Kompression von Luft in einem gut thermisch isolierten Gefäss.
"Adiabatisch" wird leider oft mit "isentrop" gleichgesetzt, was nicht ganz korrekt ist: Isentrop bedeutet, dass die Entropie beim Prozess gleich bleibt oder einfacher ausgedrückt, dass die Umkehrung des Prozesses zum Anfangszustand zurückführt.
Der Prozess vom "Rührer im Gefäss" ist aber irreversibel: Niemand wird je beobachten, dass sich der Rührer von sich aus bewegt und etwas antreibt, während sich die Flüssigkeit oder das Gas im Behälter abkühlt (gemäss Energiesatz wäre dies zwar möglich). Dies bedeutet, der Prozess ist adiabatisch aber nicht isentrop.

In der Hoffnung, dass dies etwas hilft