Wissenschaft
Menschen Wissenschaft Politik Mystery Kriminalfälle Spiritualität Verschwörungen Technologie Ufologie Natur Umfragen Unterhaltung
weitere Rubriken
PhilosophieTräumeOrteEsoterikLiteraturAstronomieHelpdeskGruppenGamingFilmeMusikClashVerbesserungenAllmysteryEnglish
Diskussions-Übersichten
BesuchtTeilgenommenAlleNeueGeschlossenLesenswertSchlüsselwörter
Schiebe oft benutzte Tabs in die Navigationsleiste (zurücksetzen).

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

581 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: Physik, Grundlagen ▪ Abonnieren: Feed E-Mail

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 20:15
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Mir ist da nicht klar, was die "Schwingung eines Atoms" mit dessen Geschwindigkeit im Raum zu tun hat ...
Es ging hier um die Temperatur des Atoms, und das sind nunmal Schwingungen auf atomarer Ebene, und die haben natürlich auch eine Geschwindigkeit.
Es ging NICHT um eine gerichtete Bewegung und deren Geschwindigkeit.
Insofern ist die Betrachtung mit einem anderen Bezugssystem und dessen Geschwindigkeit leider sinnlos.


2x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 20:22
Zitat von daeltadaelta schrieb:Insofern ist die Betrachtung mit einem anderen Bezugssystem und dessen Geschwindigkeit leider sinnlos.
Hmm, mag sein, aber ich habe mich erstmal nur auf diese Aussage bezogen ... ;)
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:für mich ist Temperatur die Geschwindigkeit von Atomen und Molekülen, bei 0°K ist sie 0.



1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 20:38
Zitat von daeltadaelta schrieb:Es ging hier um die Temperatur des Atoms, und das sind nunmal Schwingungen auf atomarer Ebene, und die haben natürlich auch eine Geschwindigkeit.
Es ging NICHT um eine gerichtete Bewegung und deren Geschwindigkeit.
Das mit der "Schwingung" gilt anscheinend nur bei Festkörpern ...:

Wird ein Stoff erwärmt und somit dessen Temperatur mehr und mehr erhöht, so stellt man fest, dass sich die darin enthaltenen Teilchen immer schneller bewegen – sei es die relativ freie Bewegung der Teilchen in Gasen oder die Schwingung der Teilchen um eine Ruhelage in Festkörpern.


1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 21:01
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Ist man denn nicht im gleichem System, wenn man sich "parallel" zu dem Teilchen bewegt?
Auch wenn es so wäre hätte das Teilchen seine Geschwindigkeit die nicht null ist und diese Geschwindigkeit ist seine Temperatur.
Das müsstest Du in einer Analogie auch beim Impuls merken-> Masse mal Geschwindigkeit, sprich wenn Du parallel mit dem Teilchen fliegst, Eure Relativgeschwindigkeit 0 ist, Du kannst gerne einen Impuls von Null rechnen, aber richtig wäre es mit eurer Geschwindkeit im Raum zu rechnen...und dann ist der Impuls nicht null.
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Mir ist da nicht klar, was die "Schwingung eines Atoms" mit dessen Geschwindigkeit im Raum zu tun hat ...
Auch wenn das Teilchen in einem Kristall oder Festkörper ist und schwingt weil es "warm" ist, hat es eine Geschwindigkeit...die kann man ausrechnen -> Ableitung der Auslenkung nach der Zeit (Amplitude*omega*cos(omega*Zeit)).

Vielleicht hilft das, die erste Minute reicht eigentlich:
Youtube: Brownsche Molekularbewegung
Brownsche Molekularbewegung
Externer Inhalt
Durch das Abspielen werden Daten an Youtube übermittelt und ggf. Cookies gesetzt.



1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 21:08
Zitat von AbahatschiAbahatschi schrieb:aber richtig wäre es mit eurer Geschwindkeit im Raum zu rechnen...und dann ist der Impuls nicht null.
Du meinst aber damit nicht den berühmten "Äther" ;) :troll:

Ich schau mal in das Video rein - danke

:merle:


1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 21:10
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Du meinst aber damit nicht den berühmten "Äther"
Kann ich gar nicht meinen, ich kenne es nämlich gar nicht :D
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Ich schau mal in das Video rein - danke
Bitte, es sollte alle deine Fragen beantworten.


melden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 21:33
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Das mag sein, aber unsere physikalischen Gesetze sind es ebenfalls. Wenn im RL Temperaturen unter 0 Kelvin möglich sind, wieso sprechen wir dann immer noch vom "Absoluten Nullpunkt"? Der wäre dann ja wohl alles andere als absolut.

Der Gefrierpunkt von Wasser unter Normaldruck liegt lt. Lehrbuch bei 0°C. Im Labor hingegen sehr viel tiefer, lt. Lesch liegt der Weltrekord wohl bei -17°C.

Die Liste ist garantiert noch länger, aber ich belasse es mal bei diesen 2 Beispielen.
An sich sind unsere heutigen physikalischen Gesetze ziemlich gut. Wirklich große Umbrüche hat es dort in den letzten Jahrzehnten nicht gegeben. Man muss die Gesetze nur kennen und auch verstehen.

So lässt sich auch die von dir beschriebene Unterkühlung von Wasser ganz einfach aus der Thermodynamik ableiten. Genauso hat auch dein Lehrbuch recht, dass Wasser ab 0 °C gefrieren will. Das es das in der Realität nicht immer tun kann, hat dann kinetische Gründe. D.h Wasser, welches unter seinen Gefrierpunkt abgekühlt worden ist, möchte eigentlich sofort gefrieren. Das kann es aber nicht tun, weil es dort eine Nukleationsbarriere gibt. Diese sorgt dafür, dass es für sehr kleine Eiskristalle günstiger ist sich wieder aufzulösen anstatt weiter zu wachsen. Erst wenn ein Kristall es schafft eine kritische Größe zu erreichen, dann ist es für diesen günstiger weiter zu wachsen und dann gefriert ausgehend von diesem Kristall die ganze Flüssigkeit.
Das alles ist aber schon lange bekannt und keine wirklich neue Erkenntnis.

Bei der Sache mit den negativen Temperaturen muss man verstehen, dass diese nicht "kalt" sind. Sie stellen keinen Zustand dar, der kälter ist als der Absolute Nullpunkt, sodass dieser immernoch "absolut" ist. Stattdessen ist es nämlich so, dass ein Objekt mit negativer Temperatur heißer ist als jedes Objekt mit positiver Temperatur. Um ein Objekt auf eine negative Temperatur zu bringen, muss ich ihm Energie zuführen. Gleichzeitig gibt jedes Objekt mit negativer Temperatur Energie an jede Umgebung mit positiver Temperatur ab.


1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 21:38
Zitat von TripaneTripane schrieb:Unter Vorbehalt (da Nichtphysikerin), gehe ich davon tatsächlich mal aus. Ich würde erwarten, dass aus der Sicht eines Bezugssystems, das sich der Wärmequelle annähert, die Temperatur letzterer höher erscheinen müßte.

weil 1) es sich gemeinhin bei "Temperatur" um die statistisch ungerichteten Bewegungen vieler Teilchen handelt. Einige würden aus der Sicht eines anderen Bezugssystems also schneller, andere dafür langsamer werden.

aber 2) in der Statistik der kinetischen Gastheorie der Mittelwert der Geschwindigkeitsquadrate betrachtet wird, so dass es dann dennoch nicht zu einem Ausgleich käme, sondern zu einer Temperaturzunahme aus der Sicht eines sich annähernden Bezugssystems.

Soweit meine unmaßgebliche Deutung der Sache.
Das ist anscheinend ein kontrovers diskutiertes Thema. Laut diesem Artikel ist die Temperatur aber nicht abhängig von Bewegungszustand: https://www.pro-physik.de/nachrichten/temperatur-und-relativitaet


1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 22:26
@Chemik
Tripane schreibt von Teilchen, Du verlinkst was über Körper. Genau das wird in meinem Video bei 1m00s erklärt.


melden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 23:04
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Hmm, mag sein, aber ich habe mich erstmal nur auf diese Aussage bezogen ... ;)
Abahatschi schrieb:
für mich ist Temperatur die Geschwindigkeit von Atomen und Molekülen, bei 0°K ist sie 0.
Ja, und damit ist nicht eine gerichtete Bewegung gemeint, sondern das Hin und Her-Schwingen. Und dieses Schwingen erfolgt umso schneller, je mehr Energie vorhanden ist, die in dem Fall als Wärme bezeichnet wird.

Es geht nicht darum, dass ein Atom von A nach B bewegt wird. Das tut es nämlich nicht. Es hockt an seinem Platz und vibriert so vor sich hin, um es mal flapsig auszudrücken.


melden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 23:10
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Das mit der "Schwingung" gilt anscheinend nur bei Festkörpern ...:

Wird ein Stoff erwärmt und somit dessen Temperatur mehr und mehr erhöht, so stellt man fest, dass sich die darin enthaltenen Teilchen immer schneller bewegen – sei es die relativ freie Bewegung der Teilchen in Gasen oder die Schwingung der Teilchen um eine Ruhelage in Festkörpern.
Jein,
Gasmoleküle mit Wärmeenergie schwingen genauso wie Moleküle eines Festkörpers. Nur haben die Gasmoleküle den _zusätzlichen_ Freiheitsgrad, sich auch noch gerichtet zu bewegen. Und das tun sie natürlich auch, und je wärmer, desto mehr, weil die Schwingungen dafür sorgen, dass sie sich gegenseitig abstoßen.


melden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 23:18
Zitat von ChemikChemik schrieb:Stattdessen ist es nämlich so, dass ein Objekt mit negativer Temperatur heißer ist als jedes Objekt mit positiver Temperatur.
Ich denke, dann besteht in dieser Frage aber noch "absoluter" Klärungsbedarf, wieso man dann einen negativen Wert gewählt hat, anstatt einfach zu sagen, es handelt sich um die absolute Höchsttemperatur, die ein quantenmechanisches System maximal erreichen kann (vermutlich bevor es seine Struktur verliert und zu Energie zerstrahlt).

Gerade in der Physik sollte es so etwas wie ein "Prinzip der Eindeutigkeit" geben, welches besagt, dass man bei der Beschreibung von Sachverhalten keinen, bzw. möglichst keinen Spielraum für Fehlinterpretationen zulässt. Und wenn man dem "heißesten" Objekt im Universum einen negativen Wert auf der Kelvin-Skala verpasst, dann ist das was die Möglichkeiten einer Fehlinterpretation betrifft, ja kaum noch zu überbieten.


1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

24.01.2023 um 23:44
@Peter0167:
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Ich denke, dann besteht in dieser Frage aber noch "absoluter" Klärungsbedarf, wieso man dann einen negativen Wert gewählt hat
Der negative Wert wurde nicht gewählt, sondern er ergibt sich aus der allgemein anerkannten Definition von Temperatur.


1x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

25.01.2023 um 00:25
Zitat von uatuuatu schrieb:aus der allgemein anerkannten Definition von Temperatur.
Gibt es überhaupt eine solche Definition, welche auch auf die Quantenwelt übertragbar ist?

Gerade habe ich einen interessanten Artikel aus dem Link von chemik entdeckt, der nochmal einige meiner Vorstellungen über den Haufen wirft. Darin heißt es:
Ein einzelnes Teilchen hat keine Temperatur. Es hat eine bestimmte Energie oder auch eine bestimmte Geschwindigkeit – aber in eine Temperatur kann man das nicht übersetzen. Nur wenn man es mit zufälligen Geschwindigkeits­verteilungen vieler Teilchen zu tun hat, kann man überhaupt von einer Temperatur sprechen. Wie sich aus den Gesetzen der Quantenphysik die Gesetze der Thermo­dynamik ergeben können, ist ein Thema, das in den letzten Jahren wachsende Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat.
https://www.pro-physik.de/nachrichten/temperatur-der-quantenwelt

Ein einzelnes Teilchen hat also keine Temperatur, verpasse ich ihm aber eine Besetzungsinversion, wird diese sogar negativ!?

Für heute habe ich erst mal genug, ich versuche morgen wieder meine Gedanken etwas zu ordnen...


sm abo 11-12 paper-moon-girl-ani


2x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

25.01.2023 um 16:43
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Für heute habe ich erst mal genug, ich versuche morgen wieder meine Gedanken etwas zu ordnen...
Ich habe in diesem kurzen Artikel über negative Temperaturen
https://www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/nachrichten/2013/atomares-gas-mit-negativer-absoluter-temperatur/
noch etwas Erstaunliches im Schlußabschnitt gelesen:

Denn Materie bei negativer absoluter Temperatur führt auch zu verblüffenden Konsequenzen bei technischen Anwendungen.
So ließen sich zumindest theoretisch Motoren bauen, deren Effizienz über hundert Prozent beträgt, ohne den Energieerhaltungssatz zu verletzen.


Ich hoffe, dass Deine Gedanken dadurch nicht wieder allzu unordentlich werden @Peter0167
...
;) :D


2x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

25.01.2023 um 23:17
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:So ließen sich zumindest theoretisch Motoren bauen, deren Effizienz über hundert Prozent beträgt, ohne den Energieerhaltungssatz zu verletzen.
Lass das bloß diverse "Erfinder" nicht wissen, die werden sonst versuchen ihre Geräte auf Teufel komm raus unter den absoluten Nullpunkt zu kühlen. :). Was ihnen schlecht bekommen würde.
Aber nun mal im Ernst. Diese "Konsequenz" zeigt doch wohl ganz deutlich dass wir hier auf einem Gebiet angekommen sind, dass mit der Realität (= in der Natur oder im Experiment erreichbare Ergebnisse) nichts, aber auch gar nichts mehr zu tun hat.
War mal ganz nett was bizarres zu erörtern, aber ich glaube das Thema hat sich erledigt.


melden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

25.01.2023 um 23:38
@delta.m:
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:So ließen sich zumindest theoretisch Motoren bauen, deren Effizienz über hundert Prozent beträgt, ohne den Energieerhaltungssatz zu verletzen.
Das ist natürlich Unsinn, eine peinliche Fehlinterpretation.
Damit ließe sich aber kein Perpetuum mobile bauen, versichert Schneider. "Das System kann selbstverständlich nur so viel Energie zur Verfügung stellen, wie in der kleinen Atomwolke steckt", sagt Schneider. Und die ist sehr begrenzt. Zudem mussten die Forscher zunächst sehr viel Energie dafür aufwenden, die verhältnismäßig wenigen Atome zu kühlen und gefangen zu halten.

(Spektrum am 25.01.2013)



melden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

26.01.2023 um 13:26
@Chemik
Zitat von ChemikChemik schrieb:Das ist anscheinend ein kontrovers diskutiertes Thema. Laut diesem Artikel ist die Temperatur aber nicht abhängig von Bewegungszustand:
Über dieses Thema wird in der Tat seit über 100 Jahren "kontovers diskutiert", bis heute gibt es allerdings keine (mir bekannte) mehrheitsfähige Meinung. So erstaunlich das auch sein mag...

Ich bin zwar kein Experte für relativistische Thermodynamik, habe mich nur nebenbei damit beschäftigt und musste erst wieder einige Links bemühen. Die erste Hälfte des von dir verlinkten Artikels ist allerdings ganz offenkundig grottenschlecht. Die Kaffee-Temperatur in einem langsam fahrenden ICE soll so hoch sein wie die in einem schnell fahrenden ICE. Der Bewegungszustand eines Körpers spielt in seinem eigenen Bezugssystem natürlich keine Rolle, denn jeder Beobachter (Körper) kann sich als ruhend definieren. D.h. egal wie schnell er sich bewegt, die Temperatur seines Kaffees ändert sich natürlich nicht. (Allerdings kann ein beschleunigter Beobachter Unruh-Strahlung beobachten.)

Im zweiten Teil des Artikels wird dann korrekter Weise von "Geschwindigkeit relativ zum Beobachter gesprochen", d.h. es geht nicht um den Bewegungszustand eines Körpers sondern um die Relativgeschwindigkeit des Körpers zu einem Beobachter und was dieser Beobachter dann beobachtet. Dazu schreiben Cubero et al.:
They make evident that ‘‘temperature’’ can be statistically defined and measured in an observer frame independent way
Was ich eben nochmal nachgelesen habe:

Laut Einstein (1906) und Planck (1907) wird ein Beobachter in einem bewegten System eine niedrigere Temperatur beobachten (T' = T/λ). Anfang der 60er wurden dann Arbeiten publiziert, in denen das Gegenteil progonostiziert wurde, also dass wie von @Tripane argumentiert eine höhere Temperatur beobachtet wird (T' = λT). Ende der 60er hat Landsberg dann eine Arbeit in Nature publiziert, nach der die Temperartur nicht vom Beobachter abhängen soll (T' = T). Wobei derselbe Landsberg dann 1996 publiziert hat, dass es überhaupt keine Möglichkeit geben soll, eine Transformation zwischen T' und T durchzuführen:
n summary, our main conclusion is that because the temperature concept of a black body is unavoidably associated with the Planckian thermal spectrum, and because a bath which is thermal in an inertial frame S is non-thermal in an inertial frame S′, which moves with some velocity v ≠ 0 with respect to S, a universal relativistic temperature transformation T′ = T′(T, v) cannot exist.
Quelle: https://arxiv.org/abs/physics/9610016


2x zitiertmelden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

26.01.2023 um 14:04
Zitat von ArrakaiArrakai schrieb:Über dieses Thema wird in der Tat seit über 100 Jahren "kontovers diskutiert", bis heute gibt es allerdings keine (mir bekannte) mehrheitsfähige Meinung. So erstaunlich das auch sein mag...
Ich habe mir dieses Problem naiver Weise ganz einfach so erklärt:

Beobachte ich ein schnell fliegendes Raumschiff, so sehe ich dort einen langsameren Zeitablauf.

Also bewegen sich dort auch die (Kaffee-) Atome langsamer
und das entspricht einer geringeren (beobachteten) Temperatur.

So einfach ist das :troll: ;)


melden

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

26.01.2023 um 14:43
Zitat von ArrakaiArrakai schrieb:Über dieses Thema wird in der Tat seit über 100 Jahren "kontovers diskutiert", bis heute gibt es allerdings keine (mir bekannte) mehrheitsfähige Meinung. So erstaunlich das auch sein mag...
Es gibt sogar eine deutsche Professorin für Physikalische Chemie (HTW Dresden), die meint, anhand solcher Überlegungen die Relativitätstheorie widerlegen zu können. Sie hat dazu eine Reihe von Arbeiten, eine Monographie und sogar einen Roman veröffentlicht.Mir fehlt die Zeit, um mir das näher anzusehen, aber ich bin extrem skeptisch.


melden