Wie ändert sich die Wassertemperatur bei Höhenunterschieden?
Wie ändert sich die Wassertemperatur bei einem Höhenunterschied von 140 Metern? (z. B. Bei einem 140m hohen Wasserfall)
6 Antworten
Grundsätzlich wird die potentielle Energie des Wassers zuerst in kinetische Energie und beim Auftreffen am Boden vor allem in Wärmeenergie umgewandelt.
Bei 140 m Fallhöhe wären das ca. +0,35 °C.
Allerdings gibt es noch andere Einflüsse auf die Wassertemperatur (z.B. Lufttemperatur, Verdunstungskälte), die durchaus erheblich größer sein können als diese Energieumwandlung.
potentielle Energie und Wärmeenergie gleichgesetzt:
m · g · h = c · m · ΔT
0,35 °C war knapp daneben, es kommt 0,33 °C heraus.
Wasser wird sicher auch von der Umgebungstemperatur beeiflusst. Beim Wasserfall also über die Lufttemperatur.
Allerdings wird das durch die kurze Zeit des Falls so irrelevant wenig sein, dass man wohl kaum einen Temperaturunterschied feststellen kann zwischen oben und unten.
Das kommt auf die Lufttemperatur an und ob das Wasser frei fällt oder in Kaskaden nach unten läuft.
die Temperaturänderung ist markant.
War heuer an mehreren Wasserfällen, die waren zwischen 30 und 80 Meter hoch, auch mit frei fallenden Bereichen.
Der unterschied zwischen unten und oben war echt auffällig, unten waren die Fälle so zwischen 5 und 7°C kühler wie oben, je länger der frei fallende Bereich, desto größer der Unterschied.
Die Verdunstungskälte leistet da wirklich ganze Arbeit.
mfe
Allein durch eine andere Höhe ändert sich die Temperatur gar nicht.
Oder meintest du was anderes?
Eben schon, da dadurch kinetische Energie(Bewegungsenergie) umgewandelt wird. Und da die Oberfläche im Vergleich zum Volumen bei Wasserfällen viel höher ist, wird die Umgebungstemperatur ebenfalls eine Rolle spielen
Wie gesagt, allein durch eine eine andere Höhe ändert sich die Temperatur des Wassers nicht.
Wie du nun erklärt hast, geht es dir aber um zwei weitere Umstände.
Zum einen Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie bzw. Reibung als letztendlich in Wärme. Vernachlässigt man andere Effekte und geht davon aus dass 100 % der potentiellen Energie in Wärme umgewandelt werden ergibt sich folgende Gleichung
m * g * h = m * c * dt
dt ist hier die Temperaturdifferenz und c die spezifische Wärmekapazität von Wasser. Viel Spaß beim weiteren Rechnen, ich verate aber schonmal, dass es weniger als 1 K Temperaturänderung bei 140 m Fallhöhe ist.
Real dürfte die Änderung noch geringer sein, da ein gewisser Anteil kinetische Energie verbleibt durch weiter Fließbewegungen.
Zum anderen findet natürlich ein Temperaturausgleich statt, wenn dass Wasser durch Änderung der Lage in eine Umgebung kommt, die wärmer oder kälter als das Wasser ist.
Die Berechnung ist deutlich komplexer als im vorherigen Fall, daher belasse ich es bei allgemeinen Aussagen.
Ist die Umgebung wärmer wird das Wasser von ihr erwärmt. Ist das Wasser wärmer, kühlt es ab, da es die Umgebung erwärmt.
Die Temperaturangleichung fällt umso stärker aus, je größer der Temperaturunterschied zwischen beiden Medien ist und je mehr Zeit für den Wärmeaustasch vorhanden ist.
Je größer hierbei die Oberfläche ist, je besser die Wärmeleitfähigkeit der Stoffe und je intensiver die Durchmischung zwischen und auch innerhalb der beiden Medien ist, desto schneller findet ein Abgleich statt.
Meist geht es um Luft und Wasser. Während des Falls vergrößert sich die Wasseroberfläche, was den Wärmeaustausch begünstigt. Da Wasser im Vergleich zu Luft aber eine vielfach höhere Wärmekapazität hat, können nur kleine Energiemengen übertragen werden, wenn man nicht mit künstlicher Belüftung nachhilft. Zudem ist der Temperaturunterschied zwischen Luft und Wasser meist eher klein, meist kaum mehr als 30 K. Daher denke ich nicht, dass in der kurzen Zeit des Fallens eine wesentliche Temperaturänderung des Wasser stattfinden kann. Wenn es mehr als 0,1 K sind, wäre ich schon überrascht.
Wie hast du das gerechnet?