Atmosphäre ohne Treibhausgase

Ich lese hier immer das heißes Gas aufsteigt, und das es dafür Arbeit verrichtet.

Aber das ist so nicht ganz richtig. Das heiße Gas verwendet seine innere Energie ausschließlich zur Ausdehnung.

In einem Gravitationsfeld ist die Ausdehnung nach oben am leichtesten (Weg des geringsten Widerstands).

Durch die Ausdehnung singt die Dichte. Da durch das sich das heiße Gas, überwiegend Gerichtet, nach oben Ausdehnt und die Dichte singt, Organisiert sich das Kalte umgebungsgas durch die Gravitative Wirkung unterhalb des heißen Gases und Drückt es somit nach oben. Es wird so lange von dem nachströmenden kalten Umgebungsgas nach oben gerückt bis es in einer Dichte Zone ankommt die seiner eigenen entspricht.

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 [...]

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

Ein isodenses, inkompressibles Gas, das wie ein massiver Ring praktisch als Festkörper mechanisch stabil den Erdball einrahmt... das ist doch absurd. Nicht die kleinste Brise, kein Temperaturunterschied durch Sonnenschein/Schatten, durch Tag/Nacht-Rhythmus, durch Jahreszeiten... nein wirklich... das kann doch nicht dein Ernst sein oder deine Erna.

hmpf schrieb:

Druck und Dichte würden sich entsprechend der Barometrischen Höhenformel exponentiell verringern.

Genau.

Zum thermodynamischen Gleichgewicht gehört u.a. ein mechanisches Gleichgewicht ( wikipedia ):

"Das mechanische Gleichgewicht setzt voraus, dass [...] keine äußeren Felder anliegen. Im Falle eines anliegenden äußeren Feldes z. B. Gravitation ist der Druck nicht konstant, sondern ortsabhängig: Barometrische Höhenformel".

Entsprechend muss sich auch die Dichte exponentiell mit der Höhe ändern, was zu beweisen war.

Das Gas ist kompressibel. Druck und Dichte sind abhängig vom Gewicht der jeweiligen, oberhalb liegenden, äh in dem Fall stehenden Luftsäule, entwickeln sich also exponentiell.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Nicht die kleinste Brise, kein Temperaturunterschied durch Sonnenschein/Schatten, durch Tag/Nacht-Rhythmus,

Das darfst Du auf die grundsätzliche Lösung draufmodellieren, es wird in größeren Höhen nichts ändern. Die Wärmeleitung der Abkühlungsphasen ist dafür zu gering und die Temperatur und Dichte weiter oben bleibt konstant unabhängig von Tag/Nacht oder Sommer/Winter.

Wenn die untere Luftschicht nachts durch Wärmeleitung abkühlt, entsteht KEINE Konvektion. Die höheren Luftschichten können daher nur durch Wärmeleitung abkühlen, was sehr langsam erfolgt und keine allzu große Höhe erreicht.

Wenn ich das richtig sehe, dann ergibt sich die durch Wärmeleitung erreichbare Dicke der Luftschicht wie folgt:
Aus der Wärmebilanzformel
Δ.T = Q/(ρ·V·cs) und dem Wärmefluss
Q/t = λ·A·Δ.T/h ergibt sich mit V = A·h
h = ²(t·λ/(ρ·cs))

Über die Nacht (t = 12 Std) ergibt sich dafür
h = 0,047683 m
und über den Winter (t = 0,5 Jahre)
h = 0,9 m

EDIT:  Ich sehe gerade, dass cs (spezifische Wärmekapazität) für Feststoffe und Flüssigkeiten verwendet wird, für Gase ist dies cp.
Mit dem richtigen Wert ergibt sich ca das 20-Fache der Entfernung.

Interessant, dass der Temperaturunterschied auf die Geschwindigkeit des vollständigen Ausgleichs bzw erreichbare Höhe keinen Einfluss hat.

Man sieht auch, dass eine Isolationsschicht eines Hauses von wenigen Zentimetern b=5 cm Luft ausreicht, um die Kälte der Nacht oder die Hitze des Tages abzuschirmen.

KI:
Die Isolierwirkung von Luft ist sehr gut (Wärmeleitfähigkeit von 0,0262 W/mK), jedoch kann nur eine mindestens 5 cm breite und absolut ruhende Luftschicht eine sinnvolle Dämmung darstellen.

hmpf schrieb:

Ohne Treibhausgase gäbe es keinen Grund für eine Temperaturdifferenz in der Atmosphäre

Doch,
der unterschiedliche Druck bei gleicher Dichte bewirkt auch unterschiedliche Temperatur.
Die Dichte gleicht sich im Gravitationseld überall an. Landläufig verwechselt man dies mit der Angleichung der Temperatur, und Daumen mal Pi ist es einfacher mit konstanter Temperatur zu rechnen. In der realen Atmosphäre ist ja die Dichte nicht gleich, sondern eher die Temperatur.

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Nicht die kleinste Brise, kein Temperaturunterschied durch Sonnenschein/Schatten, durch Tag/Nacht-Rhythmus,

Das darfst Du auf die grundsätzliche Lösung draufmodellieren

Der auf Unverständnis basierende Murks ist keine Lösung.

hmpf schrieb:

Jede Temperaturdifferenz wird durch Wärmeleitung sofort abgebaut

Das ist zwar richtig, aber sehr langsam gegenüber der Thermik.

Mit meiner obigen Formel ergeben sich 40 m in 1000 Jahren, 1,3 km in 1 Mio Jahren, 41 km in 1 Mrd Jahren. Ob da eine restliche Infrarotstrahlung nicht genauso schnell ist?

hmpf schrieb:

Wie gut die Wärmeleitung in Luft funktioniert merkt jeder, der schon mal im Winter in einem kalten
Zimmer die Heizung angestellt hat. Da ist es nach einer Stunde wohlig warm drin.
Ohne Umluft braucht mein Backofen 20 Minuten, um die Luft im Innern auf 230 °C aufzuheizen.

Ohne Strahlung (und Konvektion) müsstest Du lange warten, bis es unten warm wird, wenn es oben warm ist.

Ich habe die nötigen Zeiten berechnet, was willst Du mehr?

hmpf schrieb:

noch im Backofen, spielt Strahlung eine Rolle.

Unsinn.

KI
Wärmeabgabe:
Elektrobacköfen erzeugen Wärme durch Heizelemente, die eine Infrarotstrahlung aussenden.
Die Wärmeübertragung erfolgt durch eine Kombination aus direkter Wärmestrahlung, die auf das Essen trifft, und der Zirkulation warmer Luft (Konvektion), die durch Dichteunterschiede entsteht.

Umluft bietet lediglich den Vorteil, auch die Seiten und die Rückseite des Gargutes zu erreichen.

hmpf schrieb:

Weder im Zimmer

Im Zimmer spielt Strahlung nur im Fall der Fußbodenheizung keine große Rolle, der Kachelofen oder Kanonenofen basiert sogar darauf.
Aber beim Heizkörper ist die Zirkulation angeregt durch die Konvektion der maßgebliche Faktor.

hmpf schrieb:

Es bleibt also bei der durch Konvektion verstärkten und beschleunigten Wärmeleitung

Du willst damit sagen, dass die Temperaturausgleichung durch Wärmeleitung sodann durch Konvektion unterstützt wird.
Ja, da ist was dran.

Ich fürchte, dass sich die nötigen Zeiten dadurch lediglich genau halbieren.

Das in einer Höhe Δ.h durch Wärmeleitung erwärmte Luftpaket kann genau Δ.h durch Konvektion aufsteigen (da vorher die Dichte überall gleich war und der Temperaturgradient linear war)

Steinzeit-Astronom schrieb:

Der auf Unverständnis basierende Murks ist keine Lösung.

Mir gefällt deine neue Sicherheit in der Mechanik, aber nur weil du jetzt ChatGPT nutzt solltest du dich nicht als Experten hinstellen.
Es ist nicht lange her da hast du noch bei Wolfgang24 die langweilige Mechanik abgewertet oder unsere Diskussion darüber warum Eis Glatt ist und wie Schlittschuh laufen funktioniert, erinnerst du dich.

Das was du als Murks bezeichnest nennt sich "Freischneiden" und ist eines der Wichtigsten Werkzeuge der Mechanik.

de.wikipedia.org/wiki/Schnittprinzip

FabsOtX schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

... bis die Dichte ρ überall gleich ist.
...
Druck und Temperatur sinken also mit der Höhe fast linear (solange g fast konstant ist)

Wie bereits erwähnt sind die Dichteunterschiede der entscheiden Antrieb.

Ich Denke eher das euer Problem in dem Verständnis der Mechanik dahinter liegt.

Ihr müsst euch bewusst machen das es nur eine einzige Art von Wechselwirkung in dem System gibt, und das ist der Impuls übertrag durch Stoß.

Wenn ein Teil der Übertragende Impulse Gleichgerichtet ist also eine Richtungsabhängigkeit aufweist dann spricht man von Arbeit (W).

Der Teil der Impuls Übertragungen durch Stoß der Ungerichtet ist, sich also in alle Richtungen ausbreitet wird Temperatur (Q) genannt.

(dU=δQ−δW)

Ein adiabatischer Prozess läuft nach derzeitigem Verständnis so schnell ab das dabei keine Wärme übertragen wird, somit wird δQ = 0 gesetzt.

Nehmen wir den gravitativen Einfluss mit auf ist es ja wohl logisch das sich die Impulse nach unten hin schwerere übertragen lassen.
Somit ist unterhalb einer blasse kein temp. Veränderung möglich.
Somit entfällt ein Bereich der Impulsübertragung aus den Messungen und dadurch entsteht der Eindruck das der Impuls übertrag gerichtet ist.

FabsOtX schrieb:

Rainer Raisch schrieb:

... bis die Dichte ρ überall gleich ist.
...
Druck und Temperatur sinken also mit der Höhe fast linear (solange g fast konstant ist)

Wie bereits erwähnt sind die Dichteunterschiede der entscheiden Antrieb.

Ich Denke eher das euer Problem in dem Verständnis der Mechanik dahinter liegt.

Ihr müsst euch bewusst machen das es nur eine einzige Art von Wechselwirkung in dem System gibt, und das ist der Impuls übertrag durch Stoß.

Wenn ein Teil der Übertragende Impulse Gleichgerichtet ist also eine Richtungsabhängigkeit aufweist dann spricht man von Arbeit (W).

Der Teil der Impuls Übertragungen durch Stoß der Ungerichtet ist, sich also in alle Richtungen ausbreitet wird Temperatur (Q) genannt.

(dU=δQ−δW)

Ein adiabatischer Prozess läuft nach derzeitigem Verständnis so schnell ab das dabei keine Wärme übertragen wird, somit wird δQ = 0 gesetzt.

Nehmen wir den gravitativen Einfluss mit auf ist es ja wohl logisch das sich die Impulse nach unten hin schwerere übertragen lassen.
Somit ist unterhalb einer blasse kein temp. Veränderung möglich.
Somit entfällt ein Bereich der Impulsübertragung aus den Messungen und dadurch entsteht der Eindruck das der Impuls übertrag gerichtet ist.

Ich versuche ja grundsätzlich die Temperatur nicht zu erwähnen.

Ich habe zu (dU=δQ−δW) noch eine Frage. Wie läuft das außerhalb eines Gravitationsfeldes ab, wenn δQ und δW beide gleich null sind, dieses Gas sich aber trotzdem ausdehnt.

Das Gas ist doch irgendwann so verdünnt das die Temperatur immer noch existiert aber gar nicht mehr nachweisbar ist. Es müssten sich sogar am Ausgangspunkt der Ausdehnung irgendwann ein loch im gas bilden das dann gar keine temp. mehr hat. Oder kommt an der Stelle die eigene Gravitative Wirkung der Massen zum tragen.

Rainer Raisch schrieb:

Wenn die untere Luftschicht nachts durch Wärmeleitung abkühlt, entsteht KEINE Konvektion. Die höheren Luftschichten können daher nur durch Wärmeleitung abkühlen, was sehr langsam erfolgt und keine allzu große Höhe erreicht.

Du gehst davon aus, dass die höheren Luftschichten abkühlen. Das ist ein Denkfehler. Sie kühlen nicht ab, weil sie gar nicht warm sind und auch nicht warm werden. Sie sind und bleiben kalt. Aufsteigende Luft kommt oben immer so kalt an wie die Umgebung dort bereits ist.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Aufsteigende Luft kommt oben immer so kalt an wie die Umgebung dort bereits ist.

 

Ja klar, und dann verschwindet sie im Nirvana, genauso wie die zugeführte Wärme. 

Doch was soll das mit der Wärmeleitung (zumal von oben nach unten) zu tun haben, von der ich sprach? 

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Aufsteigende Luft kommt oben immer so kalt an wie die Umgebung dort bereits ist.

Ja klar, und dann verschwindet sie im Nirvana, genauso wie die zugeführte Wärme.

Wieso Nirwana? Die unten zugeführte Wärme (Energie) äußerst sich oben nicht als zugeführte Temperatur. Sie wurde als Arbeit verbraucht für den Aufstieg. Wie oft denn noch? Temperaturerhaltung gibt's nicht, nur Energieerhaltung.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Die unten zugeführte Wärme (Energie)  ... wurde als Arbeit verbraucht für den Aufstieg.

Ja logisch, in der Steinzeit wurde Energie verbraucht, da kannte man die Energieerhaltung noch nicht. 

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Die unten zugeführte Wärme (Energie)  ... wurde als Arbeit verbraucht für den Aufstieg.

Ja logisch, in der Steinzeit wurde Energie verbraucht, da kannte man die Energieerhaltung noch nicht. 

Dass die Energie erhalten bleibt habe ich dir schon mehrfach gezeigt mit dem 1. HS. Fabs übrigens auch.
Die Temperaturerhaltung gibt's allerdings nicht, die du brauchst für deine Erwärmung der oberen Luftschichten.

Rainer Raisch schrieb:

Doch was soll das mit der Wärmeleitung (zumal von oben nach unten) zu tun haben, von der ich sprach? 

Es zeigt, dass die Wärmeleitung so gut wie keine Rolle spielt. Du sagt ja selber, dass sie sehr langsam ist.
Sie ist in beide Richtungen gleich langsam. Und Konvektion bringt keine Temperatur nach oben, nur Wärme, was eben nicht das gleiche ist.

Steinzeit-Astronom schrieb:

... Sie wurde als Arbeit verbraucht für den Aufstieg. Wie oft denn noch? Temperaturerhaltung gibt's nicht, nur Energieerhaltung.

Die Energie Erhaltung besagt aber das Energie weder Verbraucht noch erzeugt werden kann, sie kann nur in eine andere form umgewandelt werden.

FabsOtX schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

... Sie wurde als Arbeit verbraucht für den Aufstieg. Wie oft denn noch? Temperaturerhaltung gibt's nicht, nur Energieerhaltung.

Die Energie Erhaltung besagt aber das Energie weder Verbraucht noch erzeugt werden kann, sie kann nur in eine andere form umgewandelt werden.

Der Energieerhaltungssatz besagt, das Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Der Verbrauch ist keine Vernichtung. Dein Energieverbrauch steht auf der Stromrechnung. Trotzdem ist sie nicht vernichtet worden, sondern in Arbeit umgewandelt, z.B. mit der Bohrmaschine oder wie auch immer immer.

Beim Aufstieg von Luft wird keine Energie vernichtet. Es geht dieser Luft aber Temperatur verloren, ohne dass sie in die Umgebung geleitet wird und diese erwärmt. Das nennt man adiabatische Abkühlung. Unsere Experten hier scheinen das nicht zu begreifen.

hmpf schrieb:

Die Temperatur des aufsteigenden Luftpakets sinkt zwar, aber...

Nix aber. Seine Temperatur sinkt mit zunehmender Höhe, Punkt. Und zwar schneller als durch jede Wärmeleitung.

hmpf schrieb:

Somit geht durch Konvektion weder Energie noch Temperatur aus der Atmosphäre verloren.

Genau. Es gilt Energieerhaltung und die Durchschnittstemperatur bleibt gleich.

hmpf schrieb:

Insgesamt wird durch Konvektion nur die unten zugeführte Wärme nach oben verteilt.

Es wird Temperatur verteilt und Wärme transportiert. Die Temperaturverteilung ist nach oben linear abnehmend und nicht isotherm.