{"id":44805,"date":"2019-10-16T16:53:31","date_gmt":"2019-10-16T15:53:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/was-ist-volumen-physik-definition\/"},"modified":"2020-03-11T08:06:47","modified_gmt":"2020-03-11T07:06:47","slug":"was-ist-volumen-physik-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/de\/was-ist-volumen-physik-definition\/","title":{"rendered":"Was ist Volumen – Physik – Definition"},"content":{"rendered":"
\n
Was ist Volumenphysik?\u00a0Volumen ist eine physikalische Grundgr\u00f6\u00dfe.\u00a0Volumen ist eine abgeleitete Gr\u00f6\u00dfe und dr\u00fcckt die dreidimensionale Ausdehnung eines Objekts aus.\u00a0W\u00e4rmetechnik<\/div>\n<\/div>\n
<\/div>\n
\n
\n
<\/div>\n

Was ist Volumen?<\/h2>\n

\"Was<\/a>Volumen<\/strong>\u00a0ist eine\u00a0physikalische<\/strong>\u00a0Grundgr\u00f6\u00dfe\u00a0.\u00a0Volumen<\/strong>\u00a0ist eine abgeleitete Gr\u00f6\u00dfe und dr\u00fcckt die\u00a0dreidimensionale Ausdehnung<\/strong>\u00a0eines\u00a0Objekts aus<\/strong>\u00a0.\u00a0Das Volumen wird h\u00e4ufig numerisch mit der von SI abgeleiteten Einheit, dem\u00a0Kubikmeter,<\/strong>\u00a0quantifiziert\u00a0.\u00a0Beispielsweise wird das Volumen innerhalb einer\u00a0Kugel<\/strong>\u00a0(\u00a0dh<\/strong>\u00a0das Volumen einer Kugel) zu\u00a0V = 4 \/ 3\u03c0r\u00a0<\/strong>3 abgeleitet<\/sup><\/strong>\u00a0, wobei r der Radius der Kugel ist.\u00a0Als ein anderes Beispiel ist das Volumen eines W\u00fcrfels gleich Seite mal Seite mal Seite.\u00a0Da jede Seite eines Quadrats gleich ist, kann es einfach die L\u00e4nge einer Seite sein, die\u00a0gew\u00fcrfelt wird<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Wenn ein Quadrat eine Seite von 3 Metern hat, w\u00e4re das Volumen 3 Meter mal 3 Meter mal 3 Meter oder 27 Kubikmeter.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

\n
\n
\n
\n
\n

 <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
\n
\n

<\/h2>\n
\n
\n

Was ist das spezifische Volumen?<\/span><\/h2>\n
\"Dichte<\/a>
Typische Dichten verschiedener Substanzen bei atmosph\u00e4rischem Druck.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Das spezifische Volumen<\/span><\/strong>\u00a0ist eine\u00a0<\/span>intensive Variable<\/span><\/strong>\u00a0, w\u00e4hrend das Volumen eine umfangreiche Variable ist.\u00a0Die Standardeinheit f\u00fcr das spezifische Volumen im SI-System ist Kubikmeter pro Kilogramm (m\u00a0<\/span>3<\/span><\/sup>\u00a0\/ kg).\u00a0Die Standardeinheit im englischen System ist Kubikfu\u00df pro Pfund Masse (ft\u00a0<\/span>3<\/span><\/sup>\u00a0\/ lbm).<\/span><\/p>\n

Die Dichte (\u03c1) eines Stoffes ist der Kehrwert seines\u00a0<\/span>spezifischen Volumens<\/span><\/strong>\u00a0(\u03bd).<\/span><\/p>\n

\u03c1 = m \/ V = \u200b\u200b1 \/ \u03c1<\/span><\/strong><\/p>\n

Die Dichte<\/span><\/strong><\/a>\u00a0ist definiert als die<\/span>\u00a0Masse pro Volumeneinheit<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Es ist auch eine<\/span>\u00a0intensive Eigenschaft<\/span><\/strong><\/a>\u00a0, die mathematisch definiert ist als Masse geteilt durch Volumen:<\/span><\/p>\n

\u03c1 = m \/ V.<\/span><\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

\n
<\/div>\n<\/div>\n
\n
\n

Volumen eines Atoms und eines Kerns<\/span><\/h2>\n
\"Struktur<\/a>
Struktur der Materie.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Das Atom<\/span><\/strong>\u00a0besteht aus einem kleinen, aber massiven\u00a0<\/span>Kern,<\/span><\/strong>\u00a0der von einer Wolke sich schnell bewegender\u00a0<\/span>Elektronen umgeben ist<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Der Kern besteht aus\u00a0<\/span>Protonen und\u00a0<\/span><\/strong>Neutronen<\/span><\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Typische Kernradien liegen in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 10 –\u00a0<\/span>14<\/span><\/sup>\u00a0m.\u00a0Unter der Annahme einer Kugelform k\u00f6nnen Kernradien nach folgender Formel berechnet werden:<\/span><\/p>\n

r = r\u00a0<\/span>0<\/span><\/sub>\u00a0.\u00a0A\u00a0<\/span>1\/3<\/span><\/sup><\/p>\n

wobei r\u00a0<\/span>0<\/span><\/sub>\u00a0= 1,2 \u00d7 10\u00a0<\/span>\u201315<\/span><\/sup>\u00a0m = 1,2 fm<\/span><\/p>\n

Wenn wir diese N\u00e4herung verwenden, erwarten wir daher, dass das Volumen des Kerns in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 4 \/ 3\u03c0r\u00a0<\/span>3<\/span><\/sup>\u00a0oder 7,23 \u00d7 10\u00a0<\/span>\u201345<\/span><\/sup>\u00a0m\u00a0<\/span>3<\/span><\/sup>\u00a0f\u00fcr Wasserstoffkerne oder 1721 \u00d7 10\u00a0<\/span>\u201345<\/span><\/sup>\u00a0m\u00a0<\/span>3<\/span><\/sup>\u00a0f\u00fcr\u00a0<\/span>238<\/span><\/sup>\u00a0U-<\/span><\/a>\u00a0Kerne liegt.\u00a0Dies sind Volumina von Kernen und Atomkernen (Protonen und Neutronen), die etwa\u00a0<\/span>99,95%<\/span><\/strong>\u00a0der Atommasse enthalten.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

\n
\n
<\/div>\n

Ist ein Atom ein leerer Raum?<\/span><\/h2>\n
\"Atomkernvolumen-min\"<\/a>
Eine figurative Darstellung des Helium-4-Atoms mit der Elektronenwolke in Graustufen.\u00a0Protonen und Neutronen befinden sich h\u00f6chstwahrscheinlich genau im selben Raum, im Mittelpunkt.\u00a0Quelle wikipedia.org Lizenz CC BY-SA 3.0<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

Das Volumen eines Atoms<\/span><\/strong>\u00a0ist etwa\u00a0<\/span>15 Gr\u00f6\u00dfenordnungen\u00a0<\/span><\/strong>gr\u00f6\u00dfer<\/span><\/strong>\u00a0als das Volumen eines Kerns.\u00a0F\u00fcr das\u00a0<\/span>Uranatom<\/span><\/strong>\u00a0betr\u00e4gt\u00a0der\u00a0<\/span>Van-der-Waals-Radius<\/span><\/strong>\u00a0etwa\u00a0<\/span>186 pm = 1,86 \u00d7 10\u00a0<\/span>\u201310<\/span><\/sup>\u00a0m<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Der Van-der-Waals-Radius r\u00a0<\/span>w<\/span><\/sub>\u00a0eines Atoms ist der Radius einer imagin\u00e4ren harten Kugel, der die Entfernung der n\u00e4chsten Ann\u00e4herung f\u00fcr ein anderes Atom darstellt.\u00a0Unter der Annahme einer Kugelform hat das Uranatom ein Volumen von etwa \u00a0\u00a0<\/span>26,9 \u00d7 10\u00a0<\/span>\u201330<\/span><\/sup>\u00a0m\u00a0<\/span>3<\/span><\/sup><\/strong>\u00a0.\u00a0Dieser \u201eriesige\u201c Raum wird jedoch haupts\u00e4chlich von Elektronen besetzt, da der\u00a0<\/span>Kern<\/span><\/strong>\u00a0nur etwa\u00a01721 \u00d7 10\u00a0<\/strong>\u201345<\/sup><\/strong>\u00a0m\u00a0<\/strong>3<\/sup><\/strong>\u00a0einnimmt<\/span>\u00a0Raum.\u00a0Diese Elektronen wiegen zusammen nur einen Bruchteil (sagen wir 0,05%) des gesamten Atoms.<\/span><\/p>\n

Es mag scheinen, dass der Raum und tats\u00e4chlich die Materie\u00a0<\/span>leer ist<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0<\/span>aber es ist nicht so<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Aufgrund der\u00a0<\/span>Quantennatur der Elektronen<\/span><\/strong>\u00a0sind die Elektronen keine Punktteilchen, sondern werden \u00fcber das gesamte Atom verschmiert.\u00a0Die klassische Beschreibung kann nicht verwendet werden, um Dinge auf atomarer Ebene zu beschreiben.\u00a0Auf atomarer Ebene haben Physiker herausgefunden, dass die Quantenmechanik die Dinge auf dieser Skala sehr gut beschreibt.\u00a0Teilchenorte in der Quantenmechanik befinden sich nicht an einer exakten Position, sie werden durch eine\u00a0<\/span>Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion beschrieben<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Daher ist der Raum in einem Atom (zwischen Elektronen und einem Atomkern) nicht leer, sondern wird durch eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von Elektronen (\u00fcblicherweise als \u201e\u00a0<\/span>Elektronenwolke<\/span><\/strong>\u00a0\u201c bezeichnet)\u00a0gef\u00fcllt\u00a0.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

\n
\n
<\/div>\n

K\u00fchlmittelvolumen im Reaktork\u00fchlmittelsystem<\/span><\/h2>\n
\"Kernreaktor<\/a>
Kernreaktor und Prim\u00e4rk\u00fchlsystem des WWER-1200.<\/span>
\nQuelle: gidropress.podolsk.ru<\/span>
\nverwendet mit Genehmigung von \u0410\u041e \u041e\u041a\u0411 \u201c\u0413\u0418\u0414\u0420\u041e\u041f\u0420\u0415\u0421\u0421\u201d<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

In typischen modernen\u00a0<\/span>Druckwasserreaktoren<\/span><\/strong><\/a>\u00a0(PWRs) besteht das\u00a0in der Abbildung gezeigte\u00a0<\/span>Reaktork\u00fchlsystem<\/span><\/strong>\u00a0(RCS) aus:<\/span><\/p>\n