Warum steigt warme Luft bei hoher Luftfeuchte trotzdem nach oben?
Hi,
es ist ja so, dass wärmere Luft nach oben steigt da sie ein geringeres Volumen als kalte Luft hat und folglich auch mehr Wasser aufnehmen kann.
(Warum) steigt warme Luft dann trotzdem nach oben, obwohl sie durch den höheren Wasseranteil doch eigentlich schwerer sein müsste als komplett wassergesättigte kalte Luft?
8 Antworten
es ist ja so, dass wärmere Luft nach oben steigt da sie ein geringeres Volumen als kalte Luft hat
gemeint ist wahrscheinlich, daß "warme Luft ein höheres Volumen hat".
Feuchte, warme Luft ist trotz des Wassers leichter als kalte, trockene Luft, da die Wassermoleküle eine geringere molare Masse haben als Stickstoff.
http://vopter.de/feuchte-luft-ist-leichter-als-trockene-luft/
Außerdem erwärmt sich feuchte Luft beim Aufsteigen durch die latente Wärme des kondensierenden Wasserdampfs stärker als trockene Luft, wodurch das Aufsteigen verstärkt wird.
....obwohl sie durch den höheren Wasseranteil....
Hier liegt der Denkfehler. Feuchte Luft enthält kein Wasser (flüssig) sondern Wasserdampf.
Wenn Luft Wasser in Form Wassertröpchen enthält, z.B. bei Nebel, ist sie tatsächlich schwerer als trockene Luft. Das sieht man z.B. daran, dass Nebel nach unten sinkt, z.B. in Tälern oder als Bodennebel.
Feuchte Luft enthält das Wasser aber als Wasserdampf und dann sieht es plötzlich genau umgekehrt aus. Eine korrekte aber etwas komplizierte Erklärung über Partialdrücke oder Gaskonstatnen erspare ich mir.
Um sich das Prinzip zu verdeutlichen, gehts auch einfacher. Vergleichen wir einfach mal trockene und feuchte Luft und nehmen an, beide hätten dieselbe Temperatur und den selben Druck. Pro m^3 Volumen enthalten dann beide in etwa gleich viele Gasteilchen.
Bei ungefähr gleicher Anzahl an Gasteilchen hängt die Masse von 1 m^3 und damit auch die Dichte vom durchschnittlichen Gewicht der einzelnen Gasteilchen ab.
Trockene Luft besteht fast nur aus Stickstoff und Sauerstoff. Die restlichen Gase vernachlässigen wir, da sie keine Rolle bei der Dichte spielen.
Ein Stickstoffmolekül N2 besteht aus 2 N-Atomen mit jeweils einem Atomgewicht von 14, macht also ein Gesamtgewicht von 28.
Ein Sauerstoffmolekül O2 besteht aus 2 O-Atomen mit jeweils einem Atomgewicht von 16, macht also ein Gesamtgewicht von 32.
Das durchschnittliche Teilchengewicht könnte man nun über die Mengenanteile ausrechnen.
Nun betrachten wir Wasserdampf: ein Dampfteilchen H2O hat ein Atomgewicht von 2*1 + 1* 16 = 18. Jedes Dampfteilchen ist also deutlich leichter als ein N2- Teilchen oder ein O2-Teilchen.
Zwischendurch zur Erinnerung: die Anzahl der Teilchen pro m^3 bleibt mit oder ohne Wasserdampf in etwa gleich.
Wenn wir nun das durchschnittliche Teilchengewicht von feuchter Luft berechnen, werden je nach Dampfgehalt mehr oder weniger Anteile von schwerem Stickstoff oder noch schwererem Sauerstoff durch leichter Dampfteilchen ersetzt. Das durchschnittliche Teilchengewicht sinkt und damit automatisch auch die Dichte.
Wird Luft nun über einem feuchten warmen Acker erwärmt, nimmt zum einen die Temperatur zu und die Dichte sinkt, die Luft nimmt aber auch mehr Wasserdampf auf und dadurch sinkt die Dichte noch weiter, der Effekt der Dichteabnahme wird also verstärkt und die feuchte warme Luft steigt nach oben.
Also: Wenn ein Stoff erwärmt wird, dehnt er sich aus. Da hängt damit zusammen, dass sich die Atome (aus denen jeder Stoff besteht) sich mehr "bewegen" um so wärmer der Stoff wird.
Darum braucht 1kg Luft mehr Volumen als 1 kg kalte Luft. Und ja, auch Luft hat ein Gewicht, das haben wir in Physik erklärt bekommen, aber das führt jetzt zu weit.
Da die Stoffe, mit dem größten Volumen/kg immer oben sind, steigt Luft nach oben. Hier kannst du nur alle Stoffe die a)gasförmig oder b) flüssig oder c) erstarrt sind miteinander vergleichen...
Wo soll die Warme Luft den sonst hin beim ausdehnen. Nach unten geht nicht wegen der Erde, in alle Himmelsrichtungen drumrum ist auch Luft die sich ausdehnen will, Also nach oben. Zu sehen dann an den Ambosswolken.
Die warme Luft steigt nach oben, weil sie bei gleichem Volumen weniger Gewicht hat.
Die warme Luft nimmt auch mehr Feuchtigkeit auf, wenn genug davon vorhanden ist.
Wenn genug warme und feuchte Luft aufsteigt, bildet sich ein Gewittertum. Dieser saugt weiter warme und feuchte Luft an, wobei die Gewitterzelle größer wird, bis sie in hohe Luftschichten reicht. Dort ist diese Luft nicht mehr warm, sondern so kalt, dass die Eiskristalle auskristallisieren. Das sieht man an den Cirrus-Wolken rund um den Gewitterturm.