Warum steigt warme Luft eigentlich auf?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo Experten?

Kann mir jemand schlüssig erklären, warum warme Luft nach oben
steigt. Handelt es sich dabei um einen statistischen Effekt?
Denn

  1. sind warme Moleküle nicht schwerer als kalte, ergo wirkt auf
    beide sie selbe Kraft nach unten, und
  2. sind die Molekülabstände bei Umgebungsdruck so groß, daß
    sich im Prinzip jedes Molekül beliebig dreidimensional bewegen
    kann. Das ist ja auch das Prinzip des idealen Gases. Die
    einzelnen Moleküle können rel. unbehelligt von den Nachbarn
    agieren. Sie „sehen“ sich nicht.

Wenn man mikroskopisch ein „warmes“ Molekül betrachtet, daß man
in ein definiertes Volumen gefüllt mit kalten Molekülen gibt,
dann muß doch offensichtlich eine statistische
Wahrscheinlichkeit vorhanden sein, die sich in einer
bevorzugten Bewegung dieses Moleküls nach oben äußert. Oder bin
ich da jetzt auf dem Holzweg?
Ich bekomme einfach das mikroskopische Verständnis der Vorgänge
nicht mit den makroskopischen Erscheinungen und dem Gesetz des
idealen Gases überein.

Danke für Eure Hilfe
Tobi

#2

… sprich Ihre Dichte geringer als die der kalten Luft.

Hallo erstmal.

Es gibt ein Gesetz, das das beschreibt:

(p0*v0) / T0 = (p1*v1) / T1

Das heißt: (Druck*Volumen)/Temperatur des Anfangszustands 0 sind gleich (Druck*Volumen)/Temperatur des Endzustands.
Erhöht sich die Temperatur (in Kelvin !!) bei gleichbleibendem Druck, so muß das Volumen größer werden, da die Stoffmenge gleichbleibt sinkt die Dichte.
Das Gas steigt auf wie eine Luftblase im Wasser bis es eine Höhe erreicht hat, in der es keine Dichtedifferenz mehr gibt. Voila.

Mit liebem Gruß (und herzlich willkommen bei www)

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#3

Hallo Experte!

Versuch einer bildhaften Darstellung:

Temperatur ist als der kinetische Zustand des Systems durch die Energie, die das System je Freiheitsgrad seiner Teilchen hat, beschrieben.
Stell dir einfach vor, daß jedes Teilchen einen Impuls hat, der äquivalent seiner Temperatur ist.
Wenn du dir jetzt einen riesigen Billardtisch ohne Bande vorstellst, bei welchem auf einem ungeordnetem Haufen (große Materieansammlkung - z.B. Erde) sehr viele Kugeln ruhig liegen ( kein Impuls erkennbar - kalt). Wenn du jetzt von einem beliebigen Punkt aus mit höchstmöglicher Kraft eine weitere Kugel gegen diesen Haufen stößt, wird sich folgendes statistisches Bild ergeben:

  • der Impuls überträgt sich auf viele weitere Kugeln im Umfeld des Auftreffpunktes.
  • je weiter vom Auftreffpunkt entfernt, desto geringer ist die einzelgeschwindigkeit/Impuls einer kugel
  • die bewegten kugeln beanspruchen mehr platz und dehnen ihr bewegungsfeld aus - am größten wird die Ausdehnung in gegenrichtung des kugelhaufen sein.

Ich glaube, mit dieser art Impulsverteilung sollte man das ziemlich trefflich darstellen können.

Frank

#4

Hallo !

1 m³ Luft hat ein Gewicht bei 0°C und 760 Torr von 1,293 kg.

Wird diese Luft erwärmt, dehnt sie sich aus und 1 m³ wiegt dann zwangsläufig weniger und steigt hoch.
Ohne diesen Effekt gäbe es nur eine Wetterlage. Ohne gäbe es keine Meeresströmungen, da Wasser sich genau so verhält.

Gruß Max

#5

Ganz so ist es nicht
Die warme Luft steigt nicht auf, sondern wird von der kalten Luft „angehoben“. Die kalte Luft ist dichter, hat also auf das Volumen bezogen eine größere Masse. Und die „fällt runter“, verdrängt also die leichteren Luftmasse nach oben.
Auch die warme Luft hat Masse und unterliegt den Gravitationsgesetzen. Im luftleeren Raum (welch ein schöner Widerspruch *g*) würde die Schwerkraft mit einer Fallbeschleunigung von 9,81 m/s2 auf die Luft wirken… wie auf jeden anderen beliebigen Gegenstand. Sie würde mit voller Wucht runterknallen wie ein Hammer.
Aber sie steigt halt auf, weil da etwas schwereres hin will… nämlich die kalte Luft.

Otto

#6

Hallo Experten?

Kann mir jemand schlüssig erklären, warum warme Luft nach oben
steigt. Handelt es sich dabei um einen statistischen Effekt?
Denn

  1. sind warme Moleküle nicht schwerer als kalte, ergo wirkt
    auf beide sie selbe Kraft nach unten, und

Die Moleküle sind natürlich nicht unterschiedlich schwer.
Unterschiedliche Dichten des Gases resultieren natürlich
aus unterschiedlichen Abständen zwischen den Atomen/Molekülen.

  1. sind die Molekülabstände bei Umgebungsdruck so groß, daß
    sich im Prinzip jedes Molekül beliebig dreidimensional bewegen
    kann.

Der Begriff Gas wird ja so definiert, daß sich die Teilchen ungeordnet und frei bewegen können.

Das ist ja auch das Prinzip des idealen Gases. Die
einzelnen Moleküle können rel. unbehelligt von den Nachbarn
agieren. Sie „sehen“ sich nicht.

Das ist nun ein Mißverständnis. Die Teilchen sehen sich schon
des öfteren. durch die kinetische Energie (äqivalent der Temp.)
schwirren sie ungeordnet durch die Gegend und stoßen nach einer
gewissen Weglänge aneinander. dabei wird auch Ernergie
ausgetauscht.

Wenn man mikroskopisch ein „warmes“ Molekül betrachtet, daß
man
in ein definiertes Volumen gefüllt mit kalten Molekülen gibt,
dann muß doch offensichtlich eine statistische
Wahrscheinlichkeit vorhanden sein, die sich in einer
bevorzugten Bewegung dieses Moleküls nach oben äußert. Oder
bin ich da jetzt auf dem Holzweg?

Genau so wird es wohl sein! Die kälteren und damit dichter
beisammen hockenden Teilchen bilden quasi eine Barriere, an
der das heißere Teilchen abprallt. Das Teilchen fliegt also
„statistisch gesehen“ mit seiner hohen Geschwindigkeit lieber
dahin, „wo die Luft dünner ist“, eben nach oben, weil unten
schon die langsamen und kalten Teilchen hocken. Diese kalten
Teilchen kommen sowieso nicht mehr so weit nach oben, weil sie
ja langsamer sind und durch die Gravitation nach unten gezwungen
werden.
Gruß Uwi

Ich bekomme einfach das mikroskopische Verständnis der
Vorgänge nicht mit den makroskopischen Erscheinungen und dem

Gesetz des idealen Gases überein.

Danke für Eure Hilfe
Tobi