hallo,
ich dachte die schwerkraft hält "alles unten " 
warum schweben dann gase und dämpfe immer nach oben?!
danke schonmal:smile:
Hallo Sonnenschein
Du sagst es, Gase und Dämpfe ( das sind vergaste Flssigkeiten) schweben oder treiben nach oben. Alle ? NEIN !
Das Stichwort heißt DICHTE.
Es gibt Gase und Dämpfe, die sind leichter, fast gleichschwer oder schwerer als Luft.
Dementsprechend verhalten sie sich.
Deine Beobachtung wird wohl Wasserdampf gewesen sein, der eigentlich schwerer asl Luft ist aber meist wärmer, dadurch verringert sich die Dichte und er steigt auf.
Alles klar ?
Bitteschön
Rochus
Hallo,
Du meinst whrscheinlich das Richtige, nur formulierst Du es etwas missverständlich.
Wasserdampf ist leichter als Luft. Zudem ist er wärmer als die Umgebung. Dadurch steigt er auf.
Das was man gemeinhin als Dampf bezeichnet ist Nebel und der ist tatsächlich schwerer als Luft. Allerdings sind die Tröpfchen so klein, dass die Sinkgeschwindigkeit sehr niedrig ist.
Umgeben vom Wasserdampf und der sich erwärmenden Luft (beim kondensieren zu Nebel gibt der Dampf eine Menge Energie ab) steigt der Nebel mit nach oben.
Gruß, Niels
2 Like
Hallo,
Wasserdampf ist leichter als Luft. Zudem ist er wärmer als die
Umgebung. Dadurch steigt er auf.
Die Temperatur hat mit dem Aufsteigen direkt nichts zu tun, nur indirekt, weil die Dichte dadurch noch geringer wird.
Gruß!
Karl
Wir leben auf dem Grund eines Luftmeeres!
Hallo Sonnenschein,
so kannst du dir das ganz anschaulich machen: Auf dem Grunde des Lufmeeres steigt alles auf, was leichter ist als die umgebene Luft, genauso wie ein Stück Holz im Wassermeer auch immer nach oben steigt!
ich dachte die schwerkraft hält "alles unten "
Es gibt ja verschiedene Kräfte, und manche wirken gegen die Schwerkraft und sind stärker als sie!
Gruß!
Karl
Hallo zusammen,
unabhägig von Nebel, Wasserdampf, oder wer hier wen erwärmt, sollte man vielleicht erstmal das Archimedische Prinzip erklären und ein bisschen mehr als Dichte in den Raum werfen 
Im Idealfall kann man sich Gas als eine Ansammlung winziger Kügelchen vorstellen. Die Temperatur das Gases äußert sich in der Bewegungsenergie (also in der Geschwindigkeit) der Teilchen. Ihre Bewegungen sind zufällig und sie stoßen sich untereinander sehr häufig. Je höher nun die Temperatur ist, desto stärker werden die Stöße (der Impuls) und das Gas dehnt sich netto (wenn es die Möglichkeit dazu hat) aus, vergrößert also sein Volumen.
Und da sind wir schon beim Thema Dichte. Dichte ist Masse pro Volumen, je mehr Masse also in einem bestimmten Volumen ist, desto größer die Dichte. Ein heißes Gas nimmt, bei gleicher Teilchenzahl und Masse der einzelnen Teilchen, ein größeres Volumen ein, als ein kühleres Gas, die Dichte ist also geringer (gleiche Masse auf größere Volumen)
Haben wir nun ein Gas mit geringerer Dichte als die umgebene Luft wirkt auf alle Teilchen die Erdanziehung der Erde. Diese ist proportional zur Masse der Teilchen (F = m · g, je größer die Masse, desto größer die Kraft). Nun könnte man sich fragen: warum sollte nun das eine oder das andere nach oben steigen, wenn auf jedes Teilchen doch die gleiche Kraft wirkt (oder wenn das heißere Gas aus schwereren Teilchen besteht, sogar eine höhere Kraft nach unten wirkt)? Die Antwort ist: es nicht wichtig welche Kraft pro Teilchen wirkt, sondern pro Volumen. Denn da das heiße Teilchen im Schnitt mehr Platz beansprucht, kann man es effektiv wie ein größeres Teilchen betrachten. Beim kühlen Gas sind im gleichen Volumen mehr Teilchen. Also ist die Masse (und damit die Dichte) höher und es wirkt auf dieses Volumen eine größere Kraft nach unten. Das kühle Gas wird stärker nach unten gezogen als das heiße und drückt dies förmlich nach oben bis es die gleiche Dichte wie die Umgebung hat (bei heißem Gas normalerweise bis es sich abgelühlt hat; bei Gasen mit leichteren Teilchen wie z.B. Helium, bis es zu Luftschichten gestiegen ist, die dünn genug sind).
Der Wasserdampf steigt also nicht von selbst sondern wird von der Luft hochgedrückt. Das gleiche Prinzip hat man auch bei Luftblasen unter Wasser (oder allem was schwimmt). Die Kraft die dabei auf das aufsteigende Etwas wirkt, ist gleich der Gewichtskraft des verdrängten Volumens vom umgebenen Stoff.
Hui, ganz schön lang geworden ich hoff es war verständlich.
LG
Ist ja alles schön und gut, nur ist da ein Fehler / eine Ungenauigkeit in deinem Text:
bei Gasen mit leichteren Teilchen wie z.B.
Helium, bis es zu Luftschichten gestiegen ist, die dünn genug
sind).
Dünn genug für was?
Helium (bei gleicher Temperatur) ist IMMER leichter (im Sinne von weniger dicht) als die umgebende Luft, egal wie dünn dieselbe ist. Da mit nachlassendem Umgebungsdruck auch die Dichte des Heliums abnimmt, bleibt das Dichteverhältnis von Luft zu Helium konstant. Auch der Auftrieb bleibt gleich (= Gewichtsunterschied zwischen He und verdrängter Luft).
Da es sich aber nicht um Heliumblasen in der Luft handelt in der Art von Luftblasen in Wasser, „löst“ sich das Helium irgendwann in der Luft.
Die „gelösten“ Heliumatome haben aber weiterhin die Tendenz nach oben zu steigen.
Gruß, Niels
Hallo!
Da es sich aber nicht um Heliumblasen in der Luft handelt in
der Art von Luftblasen in Wasser, „löst“ sich das Helium
irgendwann in der Luft.
Stimmt.
Die „gelösten“ Heliumatome haben aber weiterhin die Tendenz
nach oben zu steigen.
Nein. Warum sollten sie nach oben steigen wollen? Eine Helium_blase_ hat eine geringere Dichte als das gleiche Volumen Luft. Ein Heliumatom ist aber in guter Näherung punktförmig. Von einer Dichte zu sprechen macht hier keinerlei Sinn. Hättest Du recht, dann müsste sich übrigens in einer Schnapsflasche auch der „leichtere“ Alkohol vom Wasser entmischen und oben absetzen.
Michael
hey,
ja habter recht, das war flasch. danke euch :]
Ehrlich gesagt habe ich lange nachgedacht, ob es so ist und bin dabei zu folgendem Schluss gekommen:
Unterhalb eines He-Atoms befindet sich dichtere Luft als oberhalb. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit einen Stoß von unten zu bekommen eine Winzigkeit (ich liebe exakte physikalische Maßeinheiten ) größer als ein Stoß von oben. Im Mittel wird es also einen Überschuss an Stößen Richtung „oben“ geben, was zur Folge hat, dass die He-Konzentration in großen Höhen steigt (es entmischt sich). Dies entspricht auch den tatsächlichen Gegebenheiten.
Der Vergleich von Alkohol und Wasser hinkt insofern ganz mächtig, als es sich dabei um Flüssigkeiten handelt und demzufolge (insbesondere bei polaren Molekülen) ganz andere Bindungskräfte wirken und auch die freien Weglängen ganz anders sind. Ehrlich ich schätze Dein Fachwissen Michael, aber dieser Vergleich war ist echt daneben.
Gruß, Niels
Hallo!
Unterhalb eines He-Atoms befindet sich dichtere Luft als
oberhalb. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit einen Stoß von
unten zu bekommen eine Winzigkeit … größer als ein Stoß von oben.
Im Mittel wird es also einen Überschuss an Stößen Richtung
„oben“ geben, …
Wie erklaert eigentlich Deine Theorie, dass andere Gase nicht aufsteigen? das vorgestellte Argument muesste ja fuer alle Atomsorten gleichermassen gelten.
Liebe Gruesse,
TN
Hallo!
Unterhalb eines He-Atoms befindet sich dichtere Luft als
oberhalb. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit einen Stoß von
unten zu bekommen eine Winzigkeit (ich liebe exakte
physikalische Maßeinheiten
Im Mittel wird es also einen Überschuss an Stößen Richtung
„oben“ geben, was zur Folge hat, dass die He-Konzentration in
großen Höhen steigt (es entmischt sich).
Hierzu verweise ich einfach auf den Kommentar des Namenlosen.
Dies entspricht auch
den tatsächlichen Gegebenheiten.
Hier irrst Du: „Die Zusammensetzung der Luft in der Homosphäre ist folglich nahezu konstant, während sie sich in der Heterosphäre mit der Höhe ändert. In der äußeren Schicht der Heterosphäre bei 1000 km Höhe befinden sich in der Folge nur noch Wasserstoff-Moleküle. Entsprechend nehmen auch die mittleren freien Weglängen zu, die in 100 km Höhe bei etwa 15 cm und in 200 km Höhe bereits bei 22 m liegen. Die Homosphäre der Erde beinhaltet mit über 99,9 % der Teilchen den hauptsächlichen Anteil der Atmosphäre.“ aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Homosph%C3%A4re
Die Entmischung in der Heterosphäre erfolgt auch nicht durch die unterschiedliche Dichte der Atome bzw. Moleküle, sondern durch ihre unterschiedliche Masse, gerade weil Stoßereignisse (die Du als Ursache für die Entmischung ansiehst) in deser Höhe so selten werden, dass andere Prozesse wirksam werden.
Der Vergleich von Alkohol und Wasser hinkt insofern ganz
mächtig, als es sich dabei um Flüssigkeiten handelt und
demzufolge (insbesondere bei polaren Molekülen) ganz andere
Bindungskräfte wirken und auch die freien Weglängen ganz
anders sind.
Natürlich sind Flüssigkeiten etwas anderes als Gase, aber Deine Argumentation müsste auch für Flüssigkeiten gelten (sogar umso mehr, da Stöße zwischen den Molekülen sehr viel häufiger sind als in Gasen). Insofern war der Vergleich schon gerechtfertigt.
Langer Rede kurzer Sinn: Bis zur unteren Grenze des Weltraums (100km ü. MSL) ist die Konzentration von He näherungsweise konstant.
Michael
Hallo,
Wie erklaert eigentlich Deine Theorie, dass andere Gase nicht
aufsteigen? das vorgestellte Argument muesste ja fuer alle
Atomsorten gleichermassen gelten.
Da müsstest Du mal sagen, welche Gase Du meinst. Es gilt natürlich nur für Gase mit kleinerem Molekülgewicht als O2 und N2.
Die Logik ist folgende:
da die Dichte in der Luft einen vertikalen Gradienten aufweist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass das He-Atom einen Stoß von unten bekommt größer, als ein Stoß von oben.
Da der Masseunterschied zwischen He und N2/O2 recht groß ist, erfährt das He-Atom eine starke Richtungsänderung. Im Mittel (wegen der statistisch höheren Anzahl Stöße von unten) sind es mehr Richtungsänderungen von unten als von oben. Das gilt übrigens auch für andere leichtere Gase.
Zwischen N2 und O2 ist der Dichteunterschied relativ gering. Zudem ist die Luft permanent in Bewegung, so dass hier keine Entmischung stattfindet.
Gruß, Niels
Hallo
Hierzu verweise ich einfach auf den Kommentar des Namenlosen.
und ich auf die entsprechende Antwort.
Hier irrst Du: „Die Zusammensetzung der Luft in der
Homosphäre ist folglich nahezu konstant, während sie sich in
der Heterosphäre mit der Höhe ändert. In der äußeren Schicht
der Heterosphäre bei 1000 km Höhe befinden sich in der Folge
nur noch Wasserstoff-Moleküle. Entsprechend nehmen auch die
mittleren freien Weglängen zu, die in 100 km Höhe bei etwa 15
cm und in 200 km Höhe bereits bei 22 m liegen. Die Homosphäre
der Erde beinhaltet mit über 99,9 % der Teilchen den
hauptsächlichen Anteil der Atmosphäre.“ aus:
http://de.wikipedia.org/wiki/Homosph%C3%A4re
dann kontere ich mal mit:
„In unteren Schichten der Erdatmosphäre beträgt sein Anteil etwa 5,2 ppm. Oberhalb 100 km Höhe (Homosphäre) entmischt sich die Atmosphäre langsam, wobei leichte Bestandteile nach oben diffundieren bzw. aufsteigen; Helium wird somit in großen Höhen das vorherrschende Gas. Auch entweichen Heliumatome in diesen Höhen in den Weltraum.“
http://de.wikipedia.org/wiki/Helium#Auf_der_Erde
Die Entmischung in der Heterosphäre erfolgt auch nicht durch
die unterschiedliche Dichte der Atome bzw. Moleküle, sondern
durch ihre unterschiedliche Masse,
da sind wir uns dann ja einig. (s. Antwort an Namenlos)
Ich habe nirgendwo davon gesprochen, dass sich die einzelnen Teilechen auf Grund ihrer Dichte(??) entmischen.
gerade weil Stoßereignisse
(die Du als Ursache für die Entmischung ansiehst) in deser
Höhe so selten werden, dass andere Prozesse wirksam werden.
wie anders als über Stöße sollte das denn funktionieren? Die „anderen Prozesse“ musst Du schon erklären.
Natürlich sind Flüssigkeiten etwas anderes als Gase, aber
Deine Argumentation müsste auch für Flüssigkeiten gelten
(sogar umso mehr, da Stöße zwischen den Molekülen sehr viel
häufiger sind als in Gasen). Insofern war der Vergleich schon
gerechtfertigt.
Bei Gasen sind Stöße die mit Abstande wichtigste Wechselwirkung zwischen den Teilchen. bei Flüssigkeiten sind es elektrische Anziehung und/oder Van-Der-Waals-Kräfte. Das sollte man nicht einfach unter den Tisch fallen lassen.
Langer Rede kurzer Sinn: Bis zur unteren Grenze des Weltraums
(100km ü. MSL) ist die Konzentration von He näherungsweise
konstant.
bei dieser Konstanz spielt aber noch ein anderer Effekt mit. Aus dem Erdinnern wird permanent Helium nachgeliefert. D.h. das sich entmischende He wird fortwährend ersetzt. Würde das He nicht langsam aufsteigen, hätten wir eher einen Gradienten mit höherer Konzentration am Erdboden.
Wichtig ist natürlich, dass man sich die Entmischung nicht als Schichtung vorstellen darf, sondern als eine kontinuierliche Konzentrationsänderung vom Boden bis in große Höhen.
Gruß, Niels
Hallo!
dann kontere ich mal mit:
„In unteren Schichten der Erdatmosphäre beträgt sein Anteil
etwa 5,2 ppm. Oberhalb 100 km Höhe (Homosphäre) entmischt sich
die Atmosphäre langsam, wobei leichte Bestandteile nach oben
diffundieren bzw. aufsteigen; Helium wird somit in großen
Höhen das vorherrschende Gas. Auch entweichen Heliumatome in
diesen Höhen in den Weltraum.“
http://de.wikipedia.org/wiki/Helium#Auf_der_Erde
Dann sollten wir uns erst einmal darüber einig werden, wo wir die Grenze der Atmosphäre zum Weltraum ansetzen. Ich meinte mit „Atmosphäre“ im eigentlichen Sinne nur die Homosphäre, die immerhin 100 km hoch reicht und 99,9% des Gases enthält. In diesem Bereich ist die Konzentration konstant, was nach Deiner Darstellung nicht der Fall sein dürfte.
Die Entmischung in der Heterosphäre erfolgt auch nicht durch
die unterschiedliche Dichte der Atome bzw. Moleküle, sondern
durch ihre unterschiedliche Masse,da sind wir uns dann ja einig. (s. Antwort an Namenlos)
Ich habe nirgendwo davon gesprochen, dass sich die einzelnen
Teilechen auf Grund ihrer Dichte(??) entmischen.
Du hast das Wort nicht verwendet, aber Deine mechanistische Betrachtung läuft darauf hinaus.
gerade weil Stoßereignisse
(die Du als Ursache für die Entmischung ansiehst) in deser
Höhe so selten werden, dass andere Prozesse wirksam werden.wie anders als über Stöße sollte das denn funktionieren? Die
„anderen Prozesse“ musst Du schon erklären.
Ganz einfach: Wenn Stöße als Wechselwirkung vernachlässigt werden können, bewegen sich die Teilchen nach den Gesetzen des schiefen Wurfes, und da erreichen die kleinen (und damit schnellen) Teilchen größere Höhen als die großen (und damit langsamen) Teilchen.
Bei Gasen sind Stöße die mit Abstande wichtigste
Wechselwirkung zwischen den Teilchen.
Mag sein, aber die Heterosphäre, über die Du sprichst, ist eigentlich kein Gas sondern ein Hochvakuum.
Langer Rede kurzer Sinn: Bis zur unteren Grenze des Weltraums
(100km ü. MSL) ist die Konzentration von He näherungsweise
konstant.bei dieser Konstanz spielt aber noch ein anderer Effekt mit.
Aus dem Erdinnern wird permanent Helium nachgeliefert. D.h.
das sich entmischende He wird fortwährend ersetzt. Würde das
He nicht langsam aufsteigen, hätten wir eher einen Gradienten
mit höherer Konzentration am Erdboden.
Moment! Ich habe nicht gesagt, dass He nicht aufsteigt! Ich habe nur gesagt, dass die He-Konzentration höhenunabhängig ist - also dreh mir bitte nicht das Wort im Mund herum. Nur: Für das Aufsteigen des Heliums ist keine Auftriebskraft verantwortlich, die Du über Stöße erklären willst, sondern ein rein statistischer Prozess: Das Weltall stellt eine He-Senke dar. Folglich diffundiert He im statistischen Mittel von der Quelle zur Senke.
Wichtig ist natürlich, dass man sich die Entmischung nicht als
Schichtung vorstellen darf, sondern als eine kontinuierliche
Konzentrationsänderung vom Boden bis in große Höhen.
Äh … hallo? In der Homosphäre gibt es keine Konzentrationsänderung. Das hast Du selbst eingeräumt („Bei dieser Konstanz spielt ein anderer Effekt mit…“). Darüber gibt es sehr wohl eine Konzentrationsänderung, aber dort sind - wegen der Vakuumverhältnisse - Deine Überlegungen nicht anwendbar. Stoßereignisse sind dort einfach zu selten. (Du wirst im Studium kaum mit Vakuum-Physik zu tun gehabt haben, aber es gibt eine Grenze, ab der Begriffe wie „Temperatur“ oder „thermodynamisches Gleichgewicht“ keinen Sinn mehr machen. Diese Grenze ist in der Heterosphäre überschritten … oder besser: unterschritten)
Michael
Hallo nochmal.
Wie erklaert eigentlich Deine Theorie, dass andere Gase nicht
aufsteigen? das vorgestellte Argument muesste ja fuer alle
Atomsorten gleichermassen gelten.Da müsstest Du mal sagen, welche Gase Du meinst. Es gilt
natürlich nur für Gase mit kleinerem Molekülgewicht als O2 und
N2.
Nein, und auch wieder ja. Die Ueberlegung, dass ein Molekuel von unten mehr Stoesse als oben bekommt, gilt natuerlich fuer jedes Schwebeteilchen (Atom, Molekuel, Wassertropfen, …) gleichermassen. Im zeitlichen Mittel erfahren die Gasmolekuele also eine nach oben gerichtete Kraft, die man als Auftrieb bezeichnen kann.
Der entgegen wirkt nun die Gravitationskraft, mit der die Erde die Teilchen anzieht. (Ich war erst darueber gestolpert, dass Du sie in Deiner Argumentation nicht explizit erwaehnt hast.)
In der Summe steigen genau diejenigen Teilchen auf, fuer welche der Auftrieb gegenueber der Schwerkraft ueberwiegt.
Die Gewichtskraft haben wir voellig unter Kontrolle, \vec{F}_G = m\vec{g}. Sie steigt proportional mit der Masse des Teilchens.
Jetzt fehlt mir in Deinen Ausfuehrungen noch eine Herleitung des Auftriebs. Diese Kraft sollte ja von der Masse der Stosspartner und deren Groesse (oder dem Wirkungsquerschnitt der Kollisionen) abhaengen.
Kannst Du das bitte noch weiter ausfuehren? Die Sache beginnt, interessant zu werden!
Liebe Gruesse,
The Nameless