Abnehmende Luftdichte bei zunehmender Höhe

[ToBi_9a78a6]

Hallo,

die Dichte nimmt, meiner Erkenntnis nach, mit zunehmender Temperatur ab, was wiederum bedeuten würde, dass sie bei abnehmender Temperatur zunimmt.

Dafür gibt es schon einmal ein Gegenbeispiel: Das Wasser (die Anomalie).

Nun ist mir außerdem aufgefallen, dass die Luftdichte mit zunehmender Höhe ebenfalls abnimmt. Allerdings sinkt die Temperatur mit zunehmender Höhe, was eigentlich bedeuten könnte oder würde, dass die Dichte zunehmen sollte.

Wie ist diese Entwicklung zu erklären?

Ich beschäftige mich gerade mit Luftdichte, -volumen und -druck, und suche nach Zusammenhängen. Jedoch kann ich bisher nicht erklären, wieso man trotz niedriger Temperaturen in höheren Lagen eine niedrigere Dichte vorfindet.

Es wäre klasse, wenn jmd., vlt. sogar mit einer idiotensicheren Erklärung, weiterhelfen könnte!

Vielen Dank!

[Brainstorm64]

Hier sind zwei verschiedene Mechanismen am Werk.
Wenn Du Luft bei gleichem Druck abkühlst, wird sie Dichter, Erwärmst Du sie wird sie dünner, wenn der Druck gleichbleibt. Erwärmst Du sie bei gleichbleibender Dichte, steigt der Druck.

Andersrum geht es auch. Erhöhst Du den Druck, ohne weitere Energiezufuhr, steigt die Temperatur. Verringert man den Druck, sinkt die Temperatur.
Und genau dieser Mechanismus ist bei der Erdatmosphäre wirksam. Auf dem Boden ist die Luft durch die Erdanziehung stärker komprimiert, und damit wärmer als in großer Höhe.

Die Dichteänderung durch Temperaturänderung kommt hier nicht zum Tragen, weil diese nur in einem Lokalen abgeschlossenen System funktioniert.

[ToBi_9a78a6]

Okay, eine sehr gute und ausführliche Erklärung.

Vielen Dank dafür.

Dennoch würde ich noch mit einer dummen Frage aufwarten:

Wo liegt bei dem Zusammenhang Luftdichte-Luftdruck-Lufttemperatur bei steigender Höhe der „Anfang“.

Also der Sachverhalt ist ja, dass die Temperatur, die Dichte und der Druck mit zunehmender Höhe abnimmt, in diesem Fall (bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege)

Aber wo ist der „Anfang“.
Also wie kann man argumentieren?
Was ich meine ist diese Folgekette:
Die Temperatur nimmt ab, was die Druckabnahme zur Folge hat, was wiederum die geringere Dichte hervorruft.

Oder geht es los mit dem Luftdruck, der mit zunehmender Höhe fällt, was die Temperatur sinken lässt, was wiederum die Dichter verringert.

Ich hoffe, man kann mir folgen.
Mich interessiert, was im Falle der Erdatmosphäre gültig ist, welche „Handlungskette“.

Vielen Dank bis hier her!

[Eckard_e197c8]

Hallo, Tobi,
geh mal von einer Luftmasse gleicher Temperatur aus, da nimmt die Temperatur nach oben hin ab, weil ja auch der Druck (weniger Erdanziehung) abnimmt.

Wird jetzt ein Teil der bodennahen Luft erwärmt (z.B. durch Sonneneinstrahlung über einem dunklen Acker bei Tag - oder über einer Wasserfläche bei Nacht) dann nimmt die Dichte dieser Luftmasse ab, sie wird „leichter“ und steigt nach oben. Dort verliert sie aber zusätzlich an Dichte und kühlt sich dabei ab. Gleichzeitig verdrängt sie dabei ja kältere Luft, die nach unten sinkt, weil sie ja dichter und damit „schwerer“ wird.

Gruß
Eckard

[Zoelomat_6946dc]

Hallo ToBi,

wenn du deine Denkansätze etwas mehr strukturierst, wird eigentlich alles klar.

die Dichte nimmt, meiner Erkenntnis nach, mit zunehmender
Temperatur ab, was wiederum bedeuten würde, dass sie bei
abnehmender Temperatur zunimmt.

Das gilt für die meisten Stoffe in den meisten Aggregatzuständen. Aber reden wir hier von Dehnungsfügen in Brücken?

Also beschränken wir und mal auf Gase und das Gasgesetz, das für ideale Gase gilt und für Luft auch sehr gut geeignet ist.

Dafür gibt es schon einmal ein Gegenbeispiel: Das Wasser (die
Anomalie).

Also weg mit dem Gegenbeispiel, macht alles nur unübersichtlich und trägt zum Thema Luftdruck nichts bei.

Nun ist mir außerdem aufgefallen, dass die Luftdichte mit
zunehmender Höhe ebenfalls abnimmt.

Hier musst du unbedingt einen Stopp in deinen Gedanken einlegen. Warum ist der Luftdruck denn unten höher? Eine Idee? Ohne mal an die Temperatur zu denken?

Ja, richtig. Der Druck entspricht dem Gewicht der über einem befindlichen Menge Luft. In Meereshöhe sind das ca. 10 Tonnen pro m² oder 1 kg pro cm².

Wenn du nach oben wanderst, hast du natürlich einen Teil der Luft unter dir, von oben drückt weniger.
Beispiel: Luft wiegt ca. 1,3 kg pro m². Da hast du in 1000 m Höhe pro m² schon 1300 kg unter dir, der Luftdruck beträgt noch ca. 87 %.

Die Rechnung ist datürlich nicht ganz korrekt, aber für’s Prinzip dürfte es ausreichen.

Allerdings sinkt die
Temperatur mit zunehmender Höhe, was eigentlich bedeuten
könnte oder würde, dass die Dichte zunehmen sollte.

Im Prinzig richtig, aber der Effekt ist deutlich kleiner. Wenn in (sagen wir mal, den genauen Wert kann man nachschlagen) 5000 m der Luftdruck halb so groß ist, müsstest du die Temperatur (in Kelvin wohlgemerkt) schon halbieren, um auf die gleiche Dichte zu kommen, also von 27°C auf -123°C.

Wie ist diese Entwicklung zu erklären?

Man sieht also, dass die Höhe den größten Effekt auf die Dichte hat, die Temperatur einen kleineren, dazu kommt noch die Zusammensetzung, die ist - bis auf den Wasserdampfgehalt - natürlich konstant.

Ich beschäftige mich gerade mit Luftdichte, -volumen und
-druck, und suche nach Zusammenhängen. Jedoch kann ich bisher
nicht erklären, wieso man trotz niedriger Temperaturen in
höheren Lagen eine niedrigere Dichte vorfindet.

Ich denke, so simpel kann man’s erst mal versehen. Komplziert wird’s dann ganz schnell wieder von alleine, weil die Druckänderungen natürlich zu Winden führen, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung.

Und die Winde ändern dann auch wieder die Temperatur, also kompliziert geht immer.

Es wäre klasse, wenn jmd., vlt. sogar mit einer
idiotensicheren Erklärung, weiterhelfen könnte!

Hab grad noch mal ein bisschen nach einfachen Schemata für Hochs und Tiefs gesucht, aber auch das ist nicht so einfach.

Gruß, Zoelomat

[Zoelomat_6946dc]

Zwei kleine Korrekturen

Luft wiegt ca. 1,3 kg pro m².

muss natürlich m³ heißen

… Luftdruck halb so groß ist, müsstest du die
Temperatur (in Kelvin wohlgemerkt) schon halbieren, um auf die
gleiche Dichte zu kommen, also von 27°C auf -123°C.

muss natürlich verdoppelt werden, also von 27°C auf 327°C