Klimaquiz (Ganteför)

Rainer Raisch schrieb:

Bei einem linearen Temperaturgradienten = Druckgradienten entspricht dies einer "effektiven" Gesamthöhe der Luftsäule von
H = 273/9,5 km = 28,7 km

 

Nochmal:
Wie kann es einen von 0 verschiedenen Temperaturgradienten in einem Gasvolumen geben, wenn
es nicht sowohl Wärmequellen wie auch Wärmesenken in oder an diesem Gasvolumen gäbe?
Das würde den Hauptsätzen der Thermodynamik fundamental widersprechen!
Eine Glühbirne leuchtet auch nicht, wenn man nur einen Pol der Spannungsquelle anschließt.
Wenn man an einem Widerstand (= Wärmewiderstand) eine Spannung (= Temperaturdifferenz) misst,
dann fließt durch diesen Widerstand auch ein Strom (=Wärmestrom).
Wenn kein Strom fließen kann, weil nur ein Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, dann kann man
auch keine Spannung (= Temperaturdifferenz) an dem Widerstand (= Wärmewiderstand) messen.

 

hmpf schrieb:

Wie kann es einen von 0 verschiedenen Temperaturgradienten in einem Gasvolumen geben

Das liegt am Gravitationsfeld g.
p = ∫g·ρ·d.h
p = ρ·T·Rx
mit ρ konstant im Gleichgewichtszustand ergibt sich (und g nahezu konstant)
p ~ h und p ~ T

@Rainer

Rainer Raisch schrieb:

im endgültigen Gleichgewicht fallen die Dichteunterschiede d.ρ/d.h=0 weg, überall herrscht die gleiche Dichte ρ wie am Boden.

Also da stimmt etwas nicht. Die Dichte kann im Gravitationsfeld nicht überall gleich sein. Das widerspricht doch dem Pascalschen Gesetz p(h) = ρ∙g∙h + p₀ bzw. der Formal zum  hydrostaischen Druck  δp/δh = -ρ∙g mit der Wichte ρ∙g.

Ein Auftrieb hängt nicht primär von der Dichte, sondern vom spezifischen Gewicht ab (Wichte). Deshalb war wohl auch dein Hinweis auf Archimedes nicht ganz korrekt. Oder wusste der bereits, dass das Gewicht nicht in allen Höhen gleich ist? Den Alten ist ja schon einiges zuzutrauen...

Darauf hatte auch die KI hingewiesen:

Hydrostatik erzwingt Dichtegradient
In einem Gravitationsfeld muss gelten:
dp/dz = −ρg
Egal wie lange man wartet: ein Gas im Schwerefeld kann niemals überall die gleiche Dichte haben.
Selbst in einem isothermen Endzustand (der nur bei einem wirklich abgeschlossenen System gilt) ergibt sich:
ρ(z) = ρ0 ⋅ e^(−M⋅g⋅z/RT)
also ein klarer Dichteabfall mit Höhe.

Den exponentiellen Dichteverlauf bei isothermer Atmosphäre hatte ich ja schon gepostet, hier nochmal:

• Isothermes Modell (mit Boltzmann-Verteilung)
• vs. Adiabatische Schichtung (realistisch bei Konvektion)

Isotherme Atmosphäre

• Temperatur konstant in der Höhe
• Luftdichte fällt exponentiell ab

Steinzeit-Astronom schrieb:

Also da stimmt etwas nicht. Die Dichte kann im Gravitationsfeld nicht überall gleich sein.

Wenn die Dichte unterschiedlich ist, dann ergibt sich Konvektion, solange, bis die Dichte überall gleich ist.
Genau dies bewirkt das Gravitationsfeld.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Den exponentiellen Dichteverlauf bei isothermer Atmosphäre hatte ich ja schon gepostet, hier nochmal:

Und genau deshalb ist die Atmosphäre NICHT isotherm, sondern nur in Näherung. Sie ist (in unserem Problem) hingegen isodens.

hmpf schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

Bei einem linearen Temperaturgradienten = Druckgradienten entspricht dies einer "effektiven" Gesamthöhe der Luftsäule von
H = 273/9,5 km = 28,7 km





 

Nochmal:
Wie kann es einen von 0 verschiedenen Temperaturgradienten in einem Gasvolumen geben, wenn
es nicht sowohl Wärmequellen wie auch Wärmesenken in oder an diesem Gasvolumen gäbe?
Das würde den Hauptsätzen der Thermodynamik fundamental widersprechen!
Eine Glühbirne leuchtet auch nicht, wenn man nur einen Pol der Spannungsquelle anschließt.
Wenn man an einem Widerstand (= Wärmewiderstand) eine Spannung (= Temperaturdifferenz) misst,
dann fließt durch diesen Widerstand auch ein Strom (=Wärmestrom).
Wenn kein Strom fließen kann, weil nur ein Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, dann kann man
auch keine Spannung (= Temperaturdifferenz) an dem Widerstand (= Wärmewiderstand) messen.





 

Ein von Null verschiedener Temperaturgradient in einem Gasvolumen kann ohne externe Wärmequellen oder -senken entstehen, wenn das Gas adiabatisch arbeitet, das heißt, wenn es sich ausdehnt und dabei eine Abkühlung erfährt, oder wenn sich das Gas adiabatisch komprimiert und dadurch erwärmt. Diese Temperaturänderungen treten auf, weil Energie für die Arbeit an der Gasumgebung oder an der Gasumgebung aufgewendet wird, oder weil Arbeit am Gas verrichtet wird, was zu einer Änderung der inneren Energie und somit der Temperatur führt.

Adiabatische Ausdehnung (Abkühlung)
Arbeit verrichtet das Gas:
Wenn sich ein Gasvolumen adiabatisch ausdehnt, verrichtet das Gas Arbeit an seiner Umgebung, indem es diese wegschiebt.
Interne Energie sinkt:
Um diese Arbeit zu leisten, muss das Gas Energie aufnehmen. Da keine externe Wärmezufuhr stattfindet, muss diese Energie aus der inneren Energie des Gases selbst stammen.
Temperatur sinkt:
Durch die Abnahme der inneren Energie sinkt die Temperatur des Gases.

Adiabatische Kompression (Erwärmung)
Arbeit verrichtet an dem Gas:
Wenn ein Gasvolumen komprimiert wird, wird Arbeit an dem Gas verrichtet.
Innere Energie steigt:
Diese verrichtete Arbeit erhöht die innere Energie des Gases, da es diese aufnehmen muss.
Temperatur steigt:
Die Zunahme der inneren Energie führt zu einem Anstieg der Temperatur des Gases. 

Siehe: auch wegen der beiden HS der TD:

www3.physnet.uni-hamburg.de/ex/html/vers...%20Gases%20angezeigt .
 

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Also da stimmt etwas nicht. Die Dichte kann im Gravitationsfeld nicht überall gleich sein.

Wenn die Dichte unterschiedlich ist, dann ergibt sich Konvektion, solange, bis die Dichte überall gleich ist.
Genau dies bewirkt das Gravitationsfeld.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Den exponentiellen Dichteverlauf bei isothermer Atmosphäre hatte ich ja schon gepostet, hier nochmal:

Und genau deshalb ist die Atmosphäre NICHT isotherm, sondern nur in Näherung. Sie ist (in unserem Problem) hingegen isodens.

Dann stimmt es also nicht, dass die Dichte bei isothermer Atmosphäre exponentiell abfallen muss wie oben gezeichnet? Und die angegebenen Formeln wären falsch?

Steinzeit-Astronom schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Also da stimmt etwas nicht. Die Dichte kann im Gravitationsfeld nicht überall gleich sein.

Wenn die Dichte unterschiedlich ist, dann ergibt sich Konvektion, solange, bis die Dichte überall gleich ist.
Genau dies bewirkt das Gravitationsfeld.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Den exponentiellen Dichteverlauf bei isothermer Atmosphäre hatte ich ja schon gepostet, hier nochmal:

Und genau deshalb ist die Atmosphäre NICHT isotherm, sondern nur in Näherung. Sie ist (in unserem Problem) hingegen isodens.

 

Dann stimmt es also nicht, dass die Dichte bei isothermer Atmosphäre exponentiell abfallen muss wie oben gezeichnet? Und die angegebenen Formeln wären falsch?

 

Die Aussage, dass Konvektion durch unterschiedliche Dichte entsteht, bis die Dichte überall gleich ist, und dass dies das Gravitationsfeld bewirkt, ist nicht ganz korrekt.

Unterschiedliche Dichten lösen Konvektion aus, wenn sie in einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) auftreten. Das Gravitationsfeld ist jedoch nicht die Ursache der Konvektion, sondern unterstützt die Dichteverteilung und ist der Grund dafür, dass dichtere, kühlere Flüssigkeiten nach unten sinken und weniger dichte, wärmere Flüssigkeiten aufsteigen.

Dichteunterschiede als Auslöser der Konvektion:

- Wenn in einem Fluid Bereiche unterschiedliche Dichten aufweisen, zum Beispiel aufgrund von Temperaturunterschieden, wirken natürliche Kräfte auf diese Bereiche.
-  Weniger dichte, wärmere Flüssigkeit ist leichter und steigt auf, während dichtere, kühlere Flüssigkeit schwerer ist und nach unten sinkt.
- Diese Bewegung von Flüssigkeitsteilchen, die thermische Energie mit sich führen, ist die Konvektion.

Die Rolle des Gravitationsfelds:

- Das Gravitationsfeld ist der Bereich, in dem die Schwerkraft wirkt, und es ist die Kraft, die Dichteunterschiede in einem Fluid ausnutzt, um Konvektion zu erzeugen.
- Es ist die Gravitation, die bewirkt, dass dichtere Flüssigkeiten im Feld nach unten gezogen werden und weniger dichte Flüssigkeiten aufsteigen.
- Die Konvektion kommt also nicht zum Stillstand, wenn die Dichte überall gleich ist, sondern das Gravitationsfeld sorgt für eine stabile Verteilung, in der Dichteunterschiede zu einer Schichtung führen können.

www.chemie.de/lexikon/Konvektion.html
www-sciencedirect-com.translate.goog/top...g%20on%20the%20fluid .
www.leifiphysik.de/mechanik/gravitations...%2081%20N%20k%20g%20 .

 

Mondlicht2 schrieb:

Die Konvektion kommt also nicht zum Stillstand, wenn die Dichte überall gleich ist,

Ohne Dichteunterschiede kann es keine Konvektion geben.

Mondlicht2 schrieb:

sondern das Gravitationsfeld sorgt für eine stabile Verteilung, in der Dichteunterschiede zu einer Schichtung führen können.

Naja wenn unten eine Schicht mit höherer Dichte ist, dann bleibt sie dort, eben weil dies nicht zu Konvektion führt.
In unserem Problem ist jedoch unten die Heizung und wie ich schon sagte, ist die nächtliche Abkühlung nur lokal unmittelbar an der Oberfläche relevant.

Danke Mondlicht für deinen Beitrag  Beitrag #10864 !

Den Sachverhalt hatte ich in der Diskussion zwar schon mehrfach erklärt, ist aber wohl kaum oder gar nicht angekommen. Es ist eben so, dass Die Atmosphäre kein abgeschlossenes System ist, auch ohne Treibhausgase nicht. Es wird Arbeit verrichtet, die von der eingebrachten Wärmeenergie stammt. Konvektion und ein Temperaturgradient werden dabei aufrecht erhalten.

Die Oberfläche stellt sowohl die Wärmequelle als auch die Wärmesenke für die Wärmeleitung dar. Insgesamt bleibt die Innere Energie konstant, ohne dass die Temperatur in allen Höhen gleich wird. Ein Perpetuum Mobile ist es nicht, denn die Sonne liefert permanent die Energie für den Antrieb. Auch im Erdinneren gibt es bekanntlich seit Milliarden Jahren Konvektion, angetrieben von den nuklearen Prozessen im Erdkern und Erdmantel.

Mondlicht2 schrieb:

....
Ein von Null verschiedener Temperaturgradient in einem Gasvolumen kann ohne externe Wärmequellen oder -senken entstehen, wenn das Gas adiabatisch arbeitet, das heißt, wenn es sich ausdehnt und dabei eine Abkühlung erfährt, oder wenn sich das Gas adiabatisch komprimiert und dadurch erwärmt. Diese Temperaturänderungen treten auf, weil Energie für die Arbeit an der Gasumgebung oder an der Gasumgebung aufgewendet wird, oder weil Arbeit am Gas verrichtet wird, was zu einer Änderung der inneren Energie und somit der Temperatur führt.
....

Warum dehnt sich ein Luftpaket der Atmosphäre denn aus?
Weil ihm Wärme zugeführt wurde.
Wie hoch steigt ein erwärmtes Luftpaket auf?
Bis es durch adiabatische Abkühlung wieder genauso kalt wie die Umgebungsluft ist.
Hat die zugeführte Wärme der Gesamtatmosphäre Wärme entzogen?
Nein.
Hat die zugeführte Wärme der Gesamtatmosphäre Wärme hinzugefügt?
Ja.
Also können feucht oder trocken adiabatische Zustandsänderungen nicht der Grund
für die Temperaturabnahme mit der Höhe in der Troposphäre sein.
 

Rainer Raisch schrieb:

Mondlicht2 schrieb:

Die Konvektion kommt also nicht zum Stillstand, wenn die Dichte überall gleich ist,

Ohne Dichteunterschiede kann es keine Konvektion geben.

Mondlicht2 schrieb:

sondern das Gravitationsfeld sorgt für eine stabile Verteilung, in der Dichteunterschiede zu einer Schichtung führen können.

Naja wenn unten eine Schicht mit höherer Dichte ist, dann bleibt sie dort.
 

Ein paar Zeilen darüber steht dick:

Dichteunterschiede als Auslöser der Konvektion:

hmpf schrieb:

Hat die zugeführte Wärme der Gesamtatmosphäre Wärme hinzugefügt?
Ja.

Nein. Es fließt an kälteren Stellen der Oberfläche auch wieder Wärme aus der Atmosphäre ab, insgesamt per Saldo gleich viel.

Mondlicht2 schrieb:

Ein paar Zeilen darüber steht dick:

Dichteunterschiede als Auslöser der Konvektion:

Dann bleibt dies umso widersprüchlicher:
Die Konvektion kommt also nicht zum Stillstand, wenn die Dichte überall gleich ist,

Steinzeit-Astronom schrieb:

Nein. Es fließt an kälteren Stellen der Oberfläche auch wieder Wärme ab, insgesamt per Saldo gleich viel.

Unsinn.
Die Oberfläche heizt einmal mit +15°C und auf der anderen Seite mit -15°C. Beides ist Heizung, solange die Atmosphäre insgesamt kälter (weniger dicht) ist.

Sobald die Atmosphäre die Dichte erreicht hat, die +15°C der unteren Schicht entspricht, bleibt die restliche Atmosphäre unverändert, und nur die unterste Schicht kühlt nachts ab, da hier KEINE Konvektion (der kalten dichten schweren Luft) erfolgt.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Danke Mondlicht für deinen Beitrag  Beitrag #10864 !

Den Sachverhalt hatte ich in der Diskussion zwar schon mehrfach erklärt, ist aber wohl kaum oder gar nicht angekommen. Es ist eben so, dass Die Atmosphäre kein abgeschlossenes System ist, auch ohne Treibhausgase nicht. Es wird Arbeit verrichtet, die von der eingebrachten Wärmeenergie stammt. Konvektion und ein Temperaturgradient werden dabei aufrecht erhalten.

Die Oberfläche stellt sowohl die Wärmequelle als auch die Wärmesenke für die Wärmeleitung dar. Insgesamt bleibt die Innere Energie konstant, ohne dass die Temperatur in allen Höhen gleich wird. Ein Perpetuum Mobile ist es nicht, denn die Sonne liefert permanent die Energie für den Antrieb. Auch im Erdinneren gibt es bekanntlich seit Milliarden Jahren Konvektion, angetrieben von den nuklearen Prozessen im Erdkern und Erdmantel.
 

Bitte schön.

Uni Hamburg ist mir seriös genug aber ich bin kein Experte, las mir Wissen an und zum Thema auch nicht alle denbaren Papers.

Rainer hat schon den vollen Ü im Allgemeinen, ich schätze es gibt hier jede Menge Verständnisprobleme - also eine rein sematische Sache. Ich sehe es gerade bei seiner Antwort an mich. Leider keine Zeit bis ich von allen usern "richtig" verstanden werde bzw. zum beantworten, deshalb, lieber hmpf, auch an dich die Entschuldigung wenn ich für heute nicht weiter mit diskutiere, du hast offensichtlich eine ganz andere Sicht auf die Dinge jedenfalls zum Teil - siehe bitte die Links - ich denke, sie sind alle seriös, also, du kannst  - bei Interesse  - nachlesen.
 

Rainer Raisch schrieb:

Die Oberfläche heizt einmal mit +15°C und auf der anderen Seite mit -15°C. Beides ist Heizung, solange die Atmosphäre insgesamt kälter (weniger dicht) ist.

Wärmeleitung schert sich nicht darum, was "insgesamt" los ist. Relevant ist das, was vor Ort Sache ist. Da spielen dann auch Druck und Dichte keine Rolle, sondern die Wärme fließt bei mechanischem Kontakt grundsätzlich von warm nach kalt, was wiederum die Dichte ändert.

Rainer Raisch schrieb:

nur die unterste Schicht kühlt nachts ab, da hier KEINE Konvektion (der kalten dichten schweren Luft) erfolgt.

Doch: Wenn sie abkühlt, wird sie dichter und zieht Luft von oben nach. Konvektion geht ja nicht nur nach oben, sondern auch nach unten.

Steinzeit-Astronom schrieb:

hmpf schrieb:

Hat die zugeführte Wärme der Gesamtatmosphäre Wärme hinzugefügt?
Ja.
 

Nein. Es fließt an kälteren Stellen der Oberfläche auch wieder Wärme aus der Atmosphäre ab, insgesamt per Saldo gleich viel.

Das passiert im Wesentlichen aber nur zwischen Tag und Nacht auf den unteren 100 bis 200 Metern.
Der Temperaturverlauf der übrigen 98 % der Troposphäre wird dadurch nicht beeinflusst.

 

Rainer Raisch schrieb:

Mondlicht2 schrieb:

Ein paar Zeilen darüber steht dick:

Dichteunterschiede als Auslöser der Konvektion:

Dann bleibt dies umso widersprüchlicher:
Die Konvektion kommt also nicht zum Stillstand, wenn die Dichte überall gleich ist,

 

Nichts widersprüchliches. Eher Missverständnisse, schätze ich, oder auch mal ein Wort vergessen, keine Ahnung, wir sprechen auch verschiedene Szenarien an und kommen so schnell ihr Jungs schreibt hypothetisch etwas durcheinander, mal gehts um die reale Welt, dann um die ohne Treibhausgase - - - jedenfalls:

Ja , Konvektion kommt zum Stillstand, wenn die Dichte überall gleich ist, da Dichteunterschiede die Triebkraft für die Strömung bei der freien Konvektion sind. Wärmere Flüssigkeit hat eine geringere Dichte und steigt auf, während kühlere, dichtere Flüssigkeit absinkt, was zu einem Kreislauf führt. Eine gleichmäßige Dichte würde diesen Auftriebseffekt verhindern und die Strömung zum Erliegen bringen.



Wiki Konvektion Wärmeübertragung

www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/...here%20Luftschichten .
 

Also wie kann eine adiabatische Zustandsänderung zu einer dauerhaften räumlichen Temperaturdifferenz führen?
Dass eine solche Zustandsänderung zu einer kurzfristigen und nur lokalen Temperaturänderung führt,
beweist nicht das Gegenteil:
umwelt-wissenschaft.de/forum/naturwissen...foer?start=120#10869
 

hmpf schrieb:

Also wie kann eine adiabatische Zustandsänderung zu einer dauerhaften räumlichen Temperaturdifferenz führen?
 

Der Druck ist unterschiedlich. Wie oft willst Du das noch hören?