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Frage an die Physiker hier wg. Luftmolekülen und Wind

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#1: Frage an die Physiker hier wg. Luftmolekülen und Wind Autor: ric,

Verfasst am: 10.11.2003, 14:19
—
Hi,

letztens hatte ich folgende Unterhaltung im Kindergarten:

* Was ist eigentlich Wind?
- Das sind die vielen Teilchen in der Luft, die sich in gleiche Richtung bewegen. Weil es so viele sind, sprüst Du sie , obwohl sie so klein sind.
* Ja, aber warum bewegen sie sich?
- Da gibt es einen Haufen von vielen warmen Teilchen, und einen Haufen von vielen kalten Teilchen (Ich weiß, ab hier ist es falsch Verlegen

) und wenn die aufeinander treffen, dann vermischen sie sich, und diese Bewegung spürst Du als Wind.
* Gehen da die kalten zu den warmen, oder umgekehrt?
- Äh,... das weiß ich jetzt nicht
* wieso weißt Du das nicht?
- Verlegen

Jetzt stellte ich mir die Frage, warum es zum Teufel Wind gibt, und bin auf folgende Erklärung gekommen:
- Im warmen Bereich gibt es weniger Teilchen, da sie sich stärker bewegen und so mehr Platz brauchen
- Im kalten Bereich bewegen sich die Teilchen weniger und sind dadurch näher beisamen
- treten diese beiden Bereiche in Kontakt, dann nutzen die "kalten" teilchen aus, daß sie im warmen Bereich mehr Platz haben, und bewegen sich dorthin, bis in beiden Beriechen gleich viel Teilchen sind.
- dadurch gleicht sich auch die Temperatur aus.
- Dadurch, daß sich die Erde dreht, und die Sonnen immer unterschiedliche Bereich unseres Planeten erwärmt, gibt es immer Bereiche die unterschiedliche Temperatur haben.

Ist von physikalischen Standpunkt aus diese Argumentation korrekt?

#2: Autor: Spock, Wohnort: Herbipolis

Verfasst am: 10.11.2003, 14:48
—
Nö, es ist nämlich umgekehrt. Geh erstmal von einer ausgeglichenen Atmosphäre aus. Dann erwärme ein Gebiet. Durch die höhere Temperatur bewegen sich die Teilchen mehr und brauchen mehr Platz. Es entsteht also ein Überdruck -> Hochdruckgebiet. Dieser wird dadurch ausgeglichen, dass sich die Teilchen in Richtung eines Tiegdruckgebietes bewegen. Dieser Teilchenstrom ist der Wind.

#3: Autor: nocquae,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:08
—
Spock hat es richtig erklärt. Sehr glücklich

#4: Autor: ric,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:10
—
Dehnt sich das Tiefdruckgebiet dann aus?

#5: Autor: Tso Wang,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:13
—
Grob gesagt:
Wenn die Sonne bodennahe Luftschichten erwärmt, steigen die erwärmten Luftmassen noch oben. Dadurch entsteht ein bodennahes 'Tief', während darüber (in der höheren Atmosphäre) ein 'Hoch' entsteht. Dort, wo die Sonne den Boden nicht erreicht (Wolken, Staub), ist es genau umgekehrt (unten ein 'Hoch' und oben ein 'Tief', hihihi). Durch Druckausgleich am Boden und in der höheren Atmosphäre entstehen dann die Winde.

:gassho

#6: Autor: nocquae,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:15
—

ric hat folgendes geschrieben:

Dehnt sich das Tiefdruckgebiet dann aus?

Nein, es "füllt" sich wieder auf, mit der Luft aus einem Hochdruckgebiet.

#7: Autor: Heike N., Wohnort: Bottrop

Verfasst am: 10.11.2003, 16:15
—

Tso Wang hat folgendes geschrieben:

Durch Druckausgleich am Boden und in der höheren Atmosphäre entstehen dann die Winde.

Ich wusste gar nicht, dass wir hin und wieder sowas auch in unserem Bad haben. Am Kopf kratzen

#8: Autor: ric,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:15
—

Tso Wang hat folgendes geschrieben:

Grob gesagt:
Wenn die Sonne bodennahe Luftschichten erwärmt, steigen die erwärmten Luftmassen noch oben. Dadurch entsteht ein bodennahes 'Tief', während darüber (in der höheren Atmosphäre) ein 'Hoch' entsteht. Dort, wo die Sonne den Boden nicht erreicht (Wolken, Staub), ist es genau umgekehrt (unten ein 'Hoch' und oben ein 'Tief', hihihi). Durch Druckausgleich am Boden und in der höheren Atmosphäre entstehen dann die Winde.

:gassho

Und die Teilchen bewegen sich immer vom Hoch zum Tief? Ich frage deswegen, weil ich mir überlege, wie man das in ein Spiel einbauen könnte.

#9: Autor: nocquae,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:17
—

ric hat folgendes geschrieben:

Und die Teilchen bewegen sich immer vom Hoch zum Tief? Ich frage deswegen, weil ich mir überlege, wie man das in ein Spiel einbauen könnte.

Ja. die Luft bewegt sich entlang dem Druckgradienten vom "Hoch" zum "Tief".

Es kommt also sozusagen zu einer Nivellierung des Luftdrucks.

Zuletzt bearbeitet von nocquae am 10.11.2003, 16:17, insgesamt einmal bearbeitet

#10: Autor: ric,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:17
—

NOCQUAE hat folgendes geschrieben:

ric hat folgendes geschrieben:

Dehnt sich das Tiefdruckgebiet dann aus?

Nein, es "füllt" sich wieder auf, mit der Luft aus einem Hochdruckgebiet.

Dann sind in einem Tiefdruckgebiet also weniger Teilchen, als in einem Hochdruckgebiet (aufs Volumen gesehen)?

#11: Autor: nocquae,

Verfasst am: 10.11.2003, 16:20
—

ric hat folgendes geschrieben:

NOCQUAE hat folgendes geschrieben:

ric hat folgendes geschrieben:

Dehnt sich das Tiefdruckgebiet dann aus?

Nein, es "füllt" sich wieder auf, mit der Luft aus einem Hochdruckgebiet.

Dann sind in einem Tiefdruckgebiet also weniger Teilchen, als in einem Hochdruckgebiet (aufs Volumen gesehen)?

Ganz genau. Der Druckunterschied würde durch den Wind wieder ausgeglichen, wenn die Sonne nicht als ständiger Motor das System durch Erwärmung der Luft in Gang halten würde.

Beispiel: Ein Aquarium mit einer Trennwand in der Mitte. Auf der einens eite viel, auf der anderen Seite wenig wasser. Zieht man die Trennwand raus, schwappt das Wasser vom Hohem zum Tiefen und es ensteht ein "einheitlicher" Wasserspiegel.

Zuletzt bearbeitet von nocquae am 10.11.2003, 16:22, insgesamt einmal bearbeitet

#12: Autor: Peter, Wohnort: Stuttgart

Verfasst am: 10.11.2003, 16:21
—

ric hat folgendes geschrieben:

NOCQUAE hat folgendes geschrieben:

ric hat folgendes geschrieben:

Dehnt sich das Tiefdruckgebiet dann aus?

Nein, es "füllt" sich wieder auf, mit der Luft aus einem Hochdruckgebiet.

Dann sind in einem Tiefdruckgebiet also weniger Teilchen, als in einem Hochdruckgebiet (aufs Volumen gesehen)?

Ja, denn es gilt immer

p * V = n * R * T

p = Druck
V = Volumen
n = Stoffmenge (entspr. Teilchenzahl)
R = allg. Gaskonstante
T = Temperatur

#13: Autor: Alzi, Wohnort: Oberfranken

Verfasst am: 11.11.2003, 08:59
—

Peter hat folgendes geschrieben:

ric hat folgendes geschrieben:

NOCQUAE hat folgendes geschrieben:

ric hat folgendes geschrieben:

Dehnt sich das Tiefdruckgebiet dann aus?

Nein, es "füllt" sich wieder auf, mit der Luft aus einem Hochdruckgebiet.

Dann sind in einem Tiefdruckgebiet also weniger Teilchen, als in einem Hochdruckgebiet (aufs Volumen gesehen)?

Ja, denn es gilt immer

p * V = n * R * T

p = Druck
V = Volumen
n = Stoffmenge (entspr. Teilchenzahl)
R = allg. Gaskonstante
T = Temperatur

In einem Tiefdruckgebiet herrscht ein niedriger Druck (p).
Das muß nicht unbedingt eine niedrigere TeilchenZahl (n) bedeuten, denn die Temperatur (T in Kelvin) spielt dabei auch eine Rolle.
Betrachtet man immer das gleich Luftvolumen (z.B. 1Kubikmeter), dann kann man schreiben:

Konstante * p/T = n => je niedriger die Temperatur, desto höher ist die Teilchenzahl.
In kälterer Luft bewegen sich die Moleküle langsamer und üben daher auch einen geringeren Druck aus, als schnellere Moleküle.

#14: Autor: Spock, Wohnort: Herbipolis

Verfasst am: 11.11.2003, 12:01
—

Heike N. hat folgendes geschrieben:

Ich wusste gar nicht, dass wir hin und wieder sowas auch in unserem Bad haben. Am Kopf kratzen

Doch, das ist sogar genau dasselbe. Das war immer die Lieblingsstunde meines Geographie-Profs, wenn er sich im Unterseminar ne Fluppe anzünden konnte, um an der geöffneten Tür die unterschiedlichen Luftströme zwischen dem beheizten Zimmer und dem unbeheizten Gang zu zeigen.

#15: Autor: Alzi, Wohnort: Oberfranken

Verfasst am: 11.11.2003, 16:31
—
Ric, ich habe eine Idee zu Deinem Problem Showdance

Du benötigst eine voluminöse und durchsichtige Kaffeekanne, eine Prise 3x aufgebrühtes Kaffeepulver und ein Stövchen mit Hitzequelle.

Die Kanne mit kaltem Wasser füllen, das Pulver hineingerührt und mittig aufs Stövchen gestellt.
Die Wärmequelle erhitzt das Wasser, das warme Wasser steigt in der Mitte nach oben, dort fließt es Richtung Gefäßwand, dann nach unten, um am Boden von Außen zum Zentrum zu strömen. Diese Strömung wird durch das fein verteilte Kaffeepulver sichtbar.

Die in der Mitte aufsteigende Säule steht für ein Tiefdruckgebiet, die erhitzte "Luft" kühlt sich beim Aufsteigen ab (was zu den typischen Regenfällen eines Tiefs führt), strömt zu den Wänden und von dort nach Unten => Hochdruckgebiet und von da wieder zum "Tief".

Der "Wind" weht am Boden also immer vom Hoch- (Wand) zum Tiefdruckgebiet* (Mitte) [Vorsicht Kinderfalle: das Wasser steigt hoch, es ist jedoch ein Tief], während sich die Luft in der Höhe abkühlt und sich in Richtung Hochdruckgebiet bewegt.

Die Kerze ist dabei die von der Sonne stärker erhitzte Erdoberfläche.

(Global sehen die Luftströmungen natürlich noch etwas anders aus ... )
* vereinfacht dargestellt, denn in der Erdatmosphäre sind es Wirbel.

#16: Autor: ric,

Verfasst am: 11.11.2003, 16:34
—
@Alzi

thx
Das werde ich zu Hause mal ausprobieren, ob man das so schön beobachten kann.

Eine Andere Idee ist, zwei Gruppen von Kindern zu nehmen. In der einen Gruppe haben die Kinder Platz. In der anderen Gruppe stehen sie eng beieinander. Wenn die beiden Gebiete zusammenkommen, soll sich jedes Kind den Platz nehmen, den es braucht --> Teilchen bewegen sich --> Wind.

Wird sicher lustig.

#17: Autor: narziss,

Verfasst am: 11.11.2003, 16:41
—
Wann gehst du denn immer in den Kindergarten? Und wer hatte die Idee?

#18: Autor: ric,

Verfasst am: 11.11.2003, 16:43
—

gustav hat folgendes geschrieben:

Wann gehst du denn immer in den Kindergarten? Und wer hatte die Idee?

1mal im Monat gibt es einen Elterntag. Da machen interessierte Eltern dann etwas mit den Kindern. Das kann Musik, Naturwissenschaft, Werkstattbesuch etc sein.

Die Idee kam an einem Elternabend, nach einigen Weißbier. zwinkern

#19: Passat Autor: Leony, Wohnort: Aufklärung und Kritischer Rationalismus

Verfasst am: 13.11.2003, 02:31
—
Da hätte ich mal eine Frage zu einer bestimmten Art von Wind: zum Passat.

In der Schule hat man uns Folgendes erklärt: Dort, wo die Sonne am höchsten steht, erwärmt sich die Luft am stärksten und steigt auf. So entsteht unten ein Tiefdruck-Gebiet, in das von nördlicheren und südlicheren Gegenden her Luft einströmt. Dadurch entstehen die Passat-Winde. Das sind aber nicht einfach Süd- und Nordwinde, weil die Coriolis-Kraft bewirkt, dass daraus Südost- bzw. Nordostwinde werden.

Meine Frage nun: Warum wehen diese Passat-Winde nicht auch bei uns? Warum nur in Äquatornähe?

Liegt es vielleicht daran, dass in größerer Entfernung vom Äquator die Coriolis-Kraft zu stark wird?

#20: Autor: ric,

Verfasst am: 13.11.2003, 10:07
—
@Alzi

Es funktioniert nicht richtig.
- Zuerst schwamm der Kaffe oben.
- Als er sich mit Wasser vollgesaugt hat, sank er fast komplett zu Boden.
- Dann habe ich ein Stövchen drunter getan
- Zuerst tat sich nichts
- Nach einigen Minuten konnte man mit viel gutem Willen eine Bewegung ausmachen, die entfernte Ähnlichkeit mit einer Ring hatte
- Allerdings war dieser Ring nur ca 3 cm groß und schwer zu erkennen
- Durch die Erwärmung des Wassers hat dann der Kaffe angefangen seine Farbstoffe abzugeben, und man hat gar nichts mehr erkannt

Ich such jetzt mal ein Kunststoffgranulat, daß ungefähr das spezifische Gewicht von Wasser hat, so daß es im Wasser schwebt. Und dann führ ich den Versuch noch mal durch.

#21: Autor: Spock, Wohnort: Herbipolis

Verfasst am: 13.11.2003, 12:19
—
@ Leony: Der Passat weht deshalb nicht bei uns, weil die Winde eiwa 30° vom Zenit in den sogenannten "Rossbreiten" wieder absinken, wobei sie die Landstriche dort austrocknen.

Die Coriolis-Kraft wirkt sich bei uns aber in der Tat stärker aus. Wir befinden uns ja in einer Westwindzone. Das kommt daher, dass die Luft, die aus niedrigeren Breiten kommt einen höheren Impuls hat, der von der Drehung der Erde nach Osten kommt. Das bedeutet, dass die Erde inklusive der Atmosphäre am Äquator eine höhere Rotationsgeschwindigkeit hat, als bei uns. Diese Rotation behält die Luft bei, wenn sie nach Norden abdriftet, weshalb sie dort schneller rotiert, als die Erde. Dieser Effekt ist umso stärker, je weiter du in die Höhe gehst. In einigen km Höhe beginnen die Jetstreams. Das sind schnelle Winde von über 500 km/h, die u.a. auch dafür sorgen, dass ein Flug von Europa in die USA länger dauert, als umgekehrt.

#22: Autor: nocquae,

Verfasst am: 13.11.2003, 13:25
—
IM PRINZIP ist das bei den Passatwinden der gleiche Mechanismus, wie bei jedem Hoch/-Tiefdruck System: Die Corioliskraft sorgt dafür, dass sich (auf der Nordhalbkugel) die Winde mit dem Uhrzeigersinn [anti-zyklonal] aus einem Hochdruckgebiet heraus und gegen den Uhrzeigersinn [zyklonal] in ein Tiefruckgebiet hineindrehen.
Wie Rebecca aber schon richtig angemerkt hat: ein Hochdruck'gebiet' ÜBER einem Tiefdruck'gebiet' ist physikalisch unmöglich, auch wenn das in der Schule gerne auf diese Weise vereinfachend dargestellt wird. (Das Gewicht der Luft in größerer Höhe lastet ja immer auf der darunter liegenden Erdoberfläche)

#23: Autor: Alzi, Wohnort: Oberfranken

Verfasst am: 13.11.2003, 18:20
—

ric hat folgendes geschrieben:

Es funktioniert nicht richtig.
...

- Durch die Erwärmung des Wassers hat dann der Kaffe angefangen seine Farbstoffe abzugeben, und man hat gar nichts mehr erkannt

Daß Kaffeepulver das Wasser färbt, liegt doch auf der Hand, man sollte es vorher auslaugen.

#24: Autor: Leony, Wohnort: Aufklärung und Kritischer Rationalismus

Verfasst am: 12.12.2003, 03:31
—

Spock hat folgendes geschrieben:

@ Leony: Der Passat weht deshalb nicht bei uns, weil die Winde eiwa 30° vom Zenit in den sogenannten "Rossbreiten" wieder absinken, wobei sie die Landstriche dort austrocknen.

Dass die Luft dort wieder absinkt, ist mir bekannt.
Meine Frage war, warum sie das tut,
bzw. warum sie das nicht erst in Polnähe tut.

#25: Autor: Spock, Wohnort: Herbipolis

Verfasst am: 12.12.2003, 11:29
—
Durch das Aufsteigen der Luft am Äquator entstehrt dort am Boden ja ein Unterdruck. Um diesen auszugleichen, entsteht ein Sog zum Äquator hin. Da der Luftausgleich immer einen möglichst kurzen Weg sucht, wirkt er irgendwann auf die den Äquator verlassenden Höhenwinde stärker, als auf die Luftmassen in höheren Breiten.

#26: Autor: caballito, Wohnort: Pet Sematary

Verfasst am: 12.12.2003, 13:26
—

Spock hat folgendes geschrieben:

Durch das Aufsteigen der Luft am Äquator entstehrt dort am Boden ja ein Unterdruck. Um diesen auszugleichen, entsteht ein Sog zum Äquator hin. Da der Luftausgleich immer einen möglichst kurzen Weg sucht, wirkt er irgendwann auf die den Äquator verlassenden Höhenwinde stärker, als auf die Luftmassen in höheren Breiten.

Ist nicht diese Darstellung "Durch die aufsteigende warme Luft entsteht ein Unterdruck" hochgradig irreführend?

Dass Unterdruck entsteht, indem Luft aus dem entstehenden Unterdruckbereich entfleucht, erscheint mir jedenfalls physikalisch als eine sehr gewagt These ... Unterdrück würde von allen Seiten her anziehend wirken und die aufgestiegene Luft ziemlich schnell zurückholen ...

Warum steigt die Luft denn auf? Doch nur, weil sich die kältere Luft, die "durch den Unterdruck angezogen wird" darunterschiebt. Ist der Luftdruck den dort, wo die Luft aufsteigt, tatsächlich niedriger, und wenn ja, liegt es vielleicht daran, dass in den oberen Luftschichten nun warme Luft ist, die leichter ist und also weniger schwer auf den unteren lastet? Wird hier nicht Ursache und Wirkung verwechselt?

Man möge bedenken: So etwas wie "Sog" gibt es eigentlich nicht, es ist immer Druck von der anderen Seite ... Auch wenn man am Strohaln "saugt", ist es ja der Luftdruck auf die Oberfläche außerhalb des Strohhalms, der die Flüssigkeit nach oben drückt ...

Nur mal so ne Frage von einem meteorologischen Laien ...

#27: Autor: nocquae,

Verfasst am: 12.12.2003, 13:34
—

caballito hat folgendes geschrieben:

Ist nicht diese Darstellung "Durch die aufsteigende warme Luft entsteht ein Unterdruck" hochgradig irreführend?
[...]
Nur mal so ne Frage von einem meteorologischen Laien ...

Korrekt. In der Atmosphäre gibt es keine vertikalen Druckgradienten. Lachen

(weil das Gewicht von Luft in höheren Schichten natürlich noch immer auf den Boden 'drückt'.) Nichtsdestotrotz ist die Sache mit dem 'bodennahen Tief' und dem 'darüberliegenden Hoch' ein gängiges Erklärungsmodell und taugt auch ganz passabel zu Erläuterung der Vorgänge.

#28: Autor: Spock, Wohnort: Herbipolis

Verfasst am: 12.12.2003, 13:40
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Mein Beitrag sollte ja auch eher zur Veranschaulichung dienen. Allerdings muss ich auch zugeben, dass ich den Geographie-Kurs damals nicht bis zu Ende besucht habe, da ich nach den Streiks, die auch damals waren keine Lust mehr hatte Verlegen

#29: Autor: caballito, Wohnort: Pet Sematary

Verfasst am: 12.12.2003, 14:58
—

NOCQUAE hat folgendes geschrieben:

In der Atmosphäre gibt es keine vertikalen Druckgradienten. Lachen

Äääääähhhhhhhhmmmmmmmmmmmmmmmmm ........... Wenn ich jetzt im Ballon aufsteige, wird die Luft nicht dünner Frage

NOCQUAE hat folgendes geschrieben:

Nichtsdestotrotz ist die Sache mit dem 'bodennahen Tief' und dem 'darüberliegenden Hoch' ein gängiges Erklärungsmodell und taugt auch ganz passabel zu Erläuterung der Vorgänge.

Scheint mir eher eine Pseudoerklärung zu sein, die mächtig zur Verwirrung beiträgt ... Zumal man, wenn die tatsächliche Ursache in Betracht zieht, vielleiocht sogar eine plausible Erklärung für die Rossbreiten finden und Leonys Frage beantworten kann, warum die Luft nicht erst am Pol absinkt ... Frage

#30: Autor: nocquae,

Verfasst am: 12.12.2003, 16:00
—

caballito hat folgendes geschrieben:

NOCQUAE hat folgendes geschrieben:

In der Atmosphäre gibt es keine vertikalen Druckgradienten. Lachen

Äääääähhhhhhhhmmmmmmmmmmmmmmmmm ........... Wenn ich jetzt im Ballon aufsteige, wird die Luft nicht dünner Frage

waaah... ok, das war mißverständlich von mir formuliert: richtig ist: ein Bereich höheren Luftdrucks kann nicht über einem Bereich niedrigeren Lufdrucks liegen. Umgekehrt ist das natürlich sehr wohl möglich. Von daher ist meine Aussage von oben in der Form sachlich falsch und muss lauten: "einen nach oben hin zunehmenden Druckgardienten kann es in der Atmospäre nicht geben. (weil das Gewicht von Luft der höheren Luftschichten immer auf der darunter liegenden Luft und damit letztlich auf der Erdoberfläche [und auf den Oberflächen von Objekten in den betreffenden Luftschichten] lastet.)"

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