06.04.2007, 00:13:48 - [Geowissenschaften] - Lukas Brausch
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Oft sind es die kleinen Rätsel des Alltags, die uns keine Ruhe lassen und vehement auf eine Antwort drängen. So ist es auch mit dem Phänomen der warmen Luft.
Jeder weiß, dass warme Luft nach oben steigt, doch wieso das so ist, bleibt oft im Dunkeln. Dieser Artikel möchte darauf eingehen, wie es denn überhaupt möglich ist Heißluftballone oder » Weihnachtspyramiden mit der Physik in Einklang zu bringen.

Der » Joule-Thomson-Effekt besagt, dass die Moleküle eines Gases schneller werden und mehr Platz benötigen wenn man sie zusammendrückt bzw. das jeweilige Gas erwärmt. Dadurch haben im gleichen Volumen weniger Moleküle Platz, wodurch diese dann in ein anderes Volumen ausweichen müssen.
Besteht keine Möglichkeit dazu, so erhöht sich der Druck wenn sich das Gas zum Beispiel in einem Behälter oder einer Druckflasche befindet. In der freien Natur jedoch besteht für warme Luft jederzeit die Möglichkeit nach oben zu entweichen.
Doch wie kommt es dann, dass die Luft nach oben hin bis zu einer bestimmten Grenze immer kälter wird, wenn doch ausschließlich warme Luft nach oben steigt?
Das liegt ebenfalls wieder in oben bereits beschriebenen Effekt begründet, da dieser besagt, dass Gase umso kälter werden, je geringer der vorherrschende Druck ist.
Tatsächlich ist es auch in der Natur so, dass der Luftdruck nach oben hin stetig geringer wird, da immer weniger Luft vorhanden ist, die einen solchen ausüben könnte.
Da Wärme nichts anderes als gesteigerte Bewegungsenergie der Luftmoleküle ist, sinkt die Temperatur proportional zur Geschwindigkeit der Moleküle.

In der Thermosphäre (500 bis 600 Kilometern Höhe gemessen an der Erdoberfläche) kommt es jedoch zu einer erneuten Erwärmung der Umgebungsluft auf bis zu 2000 °C.
Dies liegt in der starken UV-Strahlung der Sonne begründet, welche die Luft, die in diesen Höhen fast ausschließlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht, erheblich erhitzt.
Sauerstoff, der auf der Erde üblicherweise als Molekül zu je zwei Atomen gebunden vorkommt wird durch diese hochenergetische Strahlung in seine atomaren Bestandteile zerlegt, was wiederum zu einer an irdischen Maßstäben gemessenen enorm hohen Wärmeentwicklung führt.

In 10.000 km Höhe schließt die Exosphäre die Grenze zum Weltall. Ein Thermometer würde in solchen Höhen geringe Werte um die 0°C anzeigen, obwohl die Geschwindigkeit der Luftmoleküle am Rande zum Weltraum ein Maximum erreicht hat.
Da die Geschwindigkeit der Teilchen zwar sehr hoch, aber deren Anzahl ebenfalls sehr gering ist, reicht die Wärmeabgabe des Mediums Luft in solch´ luftigen Höhen nicht mehr dafür aus eine signifikante Erwärmung mess – und anzeigbar zu machen.


Autor: Lukas Brausch
Quellen: /

Weiterführende Links zum Thema


» Wissenschaftliche Messungen in der Thermosphäre

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