Windgeschwindigkeiten

[FalconJockey]

Ich habe keine große Zeit und Lust, den Sachverhalt hier ausführlich genug darzustellen und im Internet ist es auch weitaus besser erklärt als ich es jemals könnte.

 

Was denkst Du denn, warum einer Luftsäule mehr Luft zugeführt wird? Durch Geisterhand? Natürlich nicht, sondern durch Temperaturdifferenz. Entscheidend für einen Großteil unseres Wetters ist die Polarfront, da wird es gemacht, da kommen die Wellen her, da entstehen Tiefdruckgebiete.

[DaMane]

.................... Temperaturdifferenzen können Druckveränderungen herbeiführen. ...................

"müssen" !!! Hier gibt es keine Ausnahme. Du mußt die Dinge in der Reihenfolge ihrer Abhängigkeit zueinander betrachten. Die Druckveränderungen, die du meinst, sind eine Folge der durch Temperaturunterschiede verursachten Differenzen.

 

Gruß

Manfred

[Maxrpm]

Hallo junger Pilot

 

Vielleicht wird das ganze etwas verständlicher wenn es mal aus allgemeinerer Sicht betrachten. Die Windräder Europas erzeugen bei einem Sturmtief schon heute mehr al 100% der Energieverbrauchs Europas. Stürme formen Wüsten, verändern Küsten. Kurz im Wind steckt gewaltig viel Energie.

 

Nach dem Gesetz der energieerhaltung muss diese Energie von irgendwoher kommen. Sie kann nicht einfach entstehen. Der Planet Erde hat 3 Quellen der Energie.

 

1 Energie aus dem Zerfall seinen natürlichen radiaokativen Isotope

2 Energie aus den Gravitationskräften seies Mondes

3 Energie aus der Strahlung seiner Sonne.

 

Die letzte Quelle ist natürlich die mit Abstand wichtigste. Aber wie wird diese strahlungsenergie der Sonne auf die Erde übertragen? Nun im wesentlichen durch Absorption. Das heißt die Sonne erwärmt die Erdoberfläche. Nicht alle Teile gleich weil etwa Fels viel besser diese strahlungsenergie aufnimmt als etwa Schnee.

 

Fakt bleibt. Als Wind bezeichnen wir eigentlich die kinetische Energie der Atome unsere Luft. Die einzig mögliche Quelle dieser Energie ist die Sonnenstrahlung. Der energieübertrag der Sonnenstrahlung an die Erdoberfläche erfolgt fast ausschließlich über Erwärmung.

 

Wolfgang

Bearbeitet 14. Februar 2016 von Maxrpm reserve

[Volume]

Ohne hier noch mehr Öl ins Feuer giessen zu wollen, aber es sind die Dichteänderungen die Luftmassen, die diese aufsteigen oder absinken lassen. Und daus ergeben sich dann auch die horizontalen Luftbewegungen... 

Erwärmte Luft dehnt sich nicht aus und erzeugt keinen Überdruck und horizontale Winde von der Temperaturquelle weg, erwärmte Luft ist leichter ("weniger dicht"), drückt weniger auf den Boden und steigt auf und sorgt für eine Druckabnahme und horizontale Winde zur Temperaturquelle hin.

Anyway, solange die allgemeine Gaskonstante gleich bleibt, kann man ohnehin nur zwei der Größen Druck, Temperatur und Dichte frei wählen, die dritte ergibt sich automatisch. Dummerweise ist feuchte Luft aber nochmal um Größenordnungen komplexer...

 

 Die einzig mögliche Quelle dieser Energie ist die Sonnenstrahlung.

Leider nein, bzw. nur indirekt. Auch Kondensationswärme kann eine sehr entscheidende "Energiequelle" für die kinetische Energie der Luft sein. Unser Wetter sähe völlig anders aus, wenn es keine Luftfeuchtigkeit gäbe, bzw. wenn eine andere Substanz als Wasser in unserer Luft gelöst wäre.

 

Und beim Wetter ist es wie bei der Profilumströmung, da gibt es nicht Ursache und Wirkung, da gibt es nur Gleichgewichtszustände. Druck und Strömungsgeschwindigkeit bedingen sich gegenseitig, Druckdifferenzen erzeugen Geschwindigkeiten und Geschwindigkeiten erzeugen Druckdifferenzen. Man kann keine Druckverteilungen ohne Strömungsfeld haben, kein Tiefdruckgebiet ohne Wind und umgekehrt.

 

Es ist schon erstaunlich, wie wenig die Wissenschaft eigentlich über das Weltklima und all die Phänomene weiss. Da wird immer noch alle paar Jahre völlig neues entdeckt. Umso erstaunlicher, da das Wetter nach wie vor einer der größten Einfluss- und Kostenfaktoren für Menschen auf diesem Planeten ist, und seit je her viel daran geforscht wurde.

 

Gruß

Ralf

[fm70]

Unser Wetter sähe völlig anders aus, wenn es keine Luftfeuchtigkeit gäbe

Ein grosses Wort gelassen ausgesprochen.   B)

[Maxrpm]

 

Leider nein, bzw. nur indirekt. Auch Kondensationswärme kann eine sehr entscheidende "Energiequelle" für die kinetische Energie der Luft sein. Unser Wetter sähe völlig anders aus, wenn es keine Luftfeuchtigkeit gäbe, bzw. wenn eine andere Substanz als Wasser in unserer Luft gelöst wäre.

 

 

Gruß

Ralf

 

Also kondensieren kann das Wasser in der Athmosphäre nur weil es vorher mal verdampft wurde. Zum Verdampfen braucht es jede menge Energie und ohne die Erwärmung durch die Sonne verdampft auf diesem Planeten gar nix. Die Aggregatswechsel des Wassers in der Athmosphäre sind nur eine weiter methode die aus Erwärmumg gewonnene Energie "zwischenzuspeichen"

 

Wolfgang

[fm70]

ohne die Erwärmung durch die Sonne verdampft auf diesem Planeten gar nix.

Irgend ein Schlauer wird jetzt die Vulkane ins Spiel bringen. Stimmt natürlich, ist aber, abgesehen von zum Glück seltenen Grossereignissen, ebenso vernachlässigbar wie Meteoreinschläge.

[Volume]

 

Also kondensieren kann das Wasser in der Athmosphäre nur weil es vorher mal verdampft wurde. Zum Verdampfen braucht es jede menge Energie und ohne die Erwärmung durch die Sonne verdampft auf diesem Planeten gar nix. Die Aggregatswechsel des Wassers in der Athmosphäre sind nur eine weiter methode die aus Erwärmumg gewonnene Energie "zwischenzuspeichen"

Es trennt aber die Sonneneinstrahlung von der kinetischen Energie in der Atmosphäre, räumlich und zeitlich.

Auch da wo kaum Sonne ist, sind Unmengen an Energie in der Luft, die zu starken Druckänderungen und Luftbewegungen in der Luft genutzt werden können.

Ich kann mir gut vorstellen, dass in der nordatlantischen Tiefdruckrinne mehr Energie aus Kondensation freigesetzt als durch Sonneneinstrahlung eingebracht wird.

In den Tropen wird wohl mehr Sonnenenergie zum Verdunsten von Wasser eingesetzt, als zum Bewegen von Luftmassen.

 

Wenn ich jetzt nicht in Größenordnungen daneben liege, dann entspricht die freiwerdende Energie wenn ich (gesättigte) Luft von 30°C auf 20°C abkühle (also die Luftmasse z.B. kondensierend um 1000m aufsteigen lasse) mit 12.084 kJ/kg der Menge, die ich benötige die Luft auf 560 km/h zu beschleunigen... 9.807 kJ/kg brauche ich allerdings bereits für das Anheben um 1000m.

Da wird klar wie ein Wirbelsturm entstehen kann... Auch nachts.

 

Gruß

Ralf

[DaMane]

...............Erwärmte Luft dehnt sich nicht aus und erzeugt keinen Überdruck........................................

Gruß

Ralf

Hmmmmmmmmm :unsure: Dann hat man uns da in der Schule wohl was falsches beigebracht? :o Sogar Wikipedia teilt diese Meinung..... ;)

 

"Gase

Thermische Ausdehnung von Gasen, einigen Flüssigkeiten und einigen Festkörpern

Gase unter Normaldruck und weit oberhalb des Siedepunktes verhalten sich näherungsweise wie ein ideales Gas. Dieses dehnt sich proportional zur absoluten Temperatur aus. Dieser einfache lineare Zusammenhang zwischen Volumen und Temperatur resultiert in einem sich stark mit der Temperatur ändernden Ausdehnungskoeffizienten , der umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur ist:"

 

https://de.wikipedia.org/wiki/Ausdehnungskoeffizient

 

 

 

Meine Real-Life-Beobachtungen mitten aus dem Alltag:

 

a) Wenn ich Wasser erhitze, dehnt es sich sehr wohl aus, und erzeugt aus diesem Grunde in einem geschlossenen Drucktopf Überdruck.

 

B) wenn ich ein vakuumverschlossenes Marmeladenglas trotz größter mechanischer Kraftaufbietung nicht aufkriege, erwärme ich es. Das hilft fast immer!

 

 

Gruß

Manfred

Bearbeitet 15. Februar 2016 von DaMane

[Volume]

 

in einem geschlossenen Drucktopf

Die Atmosphäre ist aber nicht geschlossen. In einem offenen System erzeugt Temperatuerhöhung Bewegung (und zwar vertikal davon weg, horizontal darauf zu), nicht Druckerhöhung. Da, wo du die Erde erhitzt (geothermisch, solar...) entsteht ein Tiefdruckgebiet. Die Luftsäule auf heissen Land ist weniger dicht, es liegt weniger Luftmasse drauf.

Was nichts damit zu tun hat, dass die Erde in einem Hochdruckgebiet aufgrund der sich auflösenden Wolken besonders viel Sonne abbekommt...

 

Gruß

Ralf

[DaMane]

Die Atmosphäre ist aber nicht geschlossen. In einem offenen System erzeugt Temperatuerhöhung Bewegung ...............

................

Gruß

Ralf

...........welche ja irgendwo einen mechanischen (physikalischen) Anstoß bzw. Ursprung haben muß, der m.E. im durch die Volumenausdehnung verursachten Druckanstieg liegt. Sobald sich die erwärmte Luftmasse in Richtung des geringsten Widerstandes - nach oben - in Bewegung gesetzt hat, bewirkt ihr "abfließen" natürlich einen Sog, der einen Unterdruck in Richtung Erdoberfläche erzeugt (Tiefdruckgebiet).

 

Gruß

Manfred

[Volume]

 

m.E. im durch die Volumenausdehnung verursachten Druckanstieg liegt

Das Barometer fällt aber...

Von daher ist die Theorie, das warme Luft geringerer Dichte aufgrund ihrer geringeren Masse aufsteigt und ein Unterdruckgebiet erzeugt deutlich plausibler.

Probier es mal in der Schwerelosigkeit aus, wenn auch da die warme Luft aufsteigt, glaube ich deiner Druckerhöhungstheorie. Wenn nicht (frag mal einen Astronauten...) dann denke ich doch, dass es die geringe Dichte ist, die die Luft aufsteigen lässt.

 

Gruß

Ralf

[DaMane]

Das Barometer fällt aber...

Von daher ist die Theorie, das warme Luft geringerer Dichte aufgrund ihrer geringeren Masse aufsteigt und ein Unterdruckgebiet erzeugt deutlich plausibler.

................

Das habe ich nie in Frage gestellt. Ich sage ja nur, daß der Impuls zum Aufsteigen von einer (temporären) Druckerhöhung ausgeht. Die Verringerung der Masse von erwärmter Luft resultiert ja aus der Volumenausdehung, und eine Volumenausdehnung, die nicht im Vakuum geschieht, muß doch zwangsläufig auch zu einer Druckerhöhung führen.

 

 

Probier es mal in der Schwerelosigkeit aus, wenn auch da die warme Luft aufsteigt, glaube ich deiner Druckerhöhungstheorie. Wenn nicht (frag mal einen Astronauten...) dann denke ich doch, dass es die geringe Dichte ist, die die Luft aufsteigen lässt.

 

 

Gruß

 

Ralf

Tja, in der Schwerelosigkeit hätte es natürlich ein Problem mit dem Aufsteigen und Absinken. Nach meiner Vorstellung kann das gar nicht funkionieren, schon mangels Schwerkraft :) .

 

Gruß

Manfred

 

PS: haben wir nicht auch bei herannahenden Unwettern das Phenomen, daß kurzfristig das Barometer steigt?

Bearbeitet 15. Februar 2016 von DaMane

[Volume]

 

eine Volumenausdehnung, die nicht im Vakuum geschieht, muß doch zwangsläufig auch zu einer Druckerhöhung führen.

Offenes System reicht völlig. Aber von mir aus auch Vakuum, in was befindet sich unsere Erdatmosphäre nochmal?

 

 

Nach meiner Vorstellung kann das gar nicht funkionieren, schon mangels Schwerkraft :) .

Eben, und deswegen ist es eben der Dichteunterschied, der die Luftmassen bewegt. Gravitations- nicht Druckkräfte.

Aber wie gesagt, stellt sich irgendwann ein Gleichgewicht ein, und Gravitations-, Druck- und Beschleunigungskräfte (in einem Geschwindigkeitsfeld) halten sich die Waage, (vernachlässigen wir mal Scheinbeschleunigungen á la Coriolis und Reibung...) es ist müßig zu diskutieren welche Kraft nun Henne, und welche Ei ist.

 

 

haben wir nicht auch bei herannahenden Unwettern das Phenomen, daß kurzfristig das Barometer steigt?

Du meinst, wenn ein Temperatursturz eintritt weil sich die dichtere Kaltluft unter die dumm rumliegende Warmluft schiebt?

 

Gruß

Ralf

[DaMane]

Offenes System reicht völlig. Aber von mir aus auch Vakuum, in was befindet sich unsere Erdatmosphäre nochmal?

................

Gruß

Ralf

Du sprichst von der Erdatmosphäre als Ganzes, wir diskutieren aber von einem lokal begrenzten Bereich, der sich gegenüber seiner Umgebung erwärmt. Und das geschieht i.d.Regel im Wärmeabstrahlungsfeld der Erdoberfläche, also 'ganz unten'. Die sich dort erwärmende und (daher) ausdehnende Luftmasse ist zunächst rundum - also auch nach oben - von kälterer und dichterer Luft umschlossen. Die Ausdehnung muß also zwangsläufig zu einer Druckerhöhung führen, die sich einen Ausgleich in Richtung des geringsten Widerstandes sucht (der naturgemäß oben liegt). 

Völlig klar ist, daß das Aufsteigen einer Luftmasse einen niedrigen, und Absinken einen hohen Luftdruck bewirkt.

 

[Klugsch...Mode On]

Sorry, wenn das für dich nach Haarspalterei klingt, aber das ist es, was ich einem vorausgegangenen post meinte, wo ich schrieb, man solle beim Betrachten des Ursache-Wirkungs-Prinzips die Verlaufsrichtung im Auge behalten.

[Klugsch...Mode Off]

 

Gruß

Manfred

Bearbeitet 16. Februar 2016 von DaMane

[Volume]

 

Die Ausdehnung muß also zwangsläufig zu einer Druckerhöhung führen

Da die Ausdehnung nicht behindert wird, würde sie nur dann zu einer Druckerhöhung führen, wenn diese so schnell geschieht, dass die Ausdehnung mit mehr als Schallgeschwindigkeit passiert. Also zum Beispiel wenn ein Blitz durch die Atmosphäre zuckt.

Wenn du die Luft konvektiv durch eine solar beheizte Oberfläche erwärmst, hat die Luft alle Zeit der Welt sich auszudehnen, und du müsstest mit einer Druckmesseinrichtung anrücken, die der Empfindlichkeit eines sehr guten Mikrophons entspricht, allerding ein paar tausend mal geringere Frequenzen messen kann.

 

Betrachte es mal rein vertikal (also geh mal von einer unendlich großen Fläche aus, auf der eine Luftmasse liegt, die überall gleich erhitzt wird).

Betrachte es dann mal rein von der Masse, auf jedem Quadratmeter Fläche liegt so um die 10t Luft rum, diese Masse entspricht einem Gewicht von 101325 N. Der Druck den diese Masse auf den Boden ausübt entspricht damit 1.01325 bar oder 101325 Pa oder 1013.25 hPa. Nun erwärme die Luft in der Bodennahen Grenzschicht um eine realistische Menge (also solar, nicht thermonuklear, obwohl das ja das selbe ist...). Wie schwer ist die Luftsäule jetzt? Genauso schwer, denn du hast ja an der Masse nichts geändert. Du hast kein Atom hinzugefügt oder weggenommen. Du hast auch die Luftmasse nicht nach oben beschleunigt, ihr Schwerpunkt liegt immer noch so um die 4 Kilometer über dir, selbst wenn er sich um ein paar Zehntelmilimeter angehoben haben sollte, diese Beschleunigung kannst du schlichtweg vergessen. Warum also solte sich der Druck (Kraft pro Fläche oder Masse mal Erdbeschleunigung pro Fläche) geändert haben? Du hast weder die Masse, noch die Erdbeschleunigung geändert.

 

Gruß

Ralf

[PeterH]

Es gibt da ja "Erklärungen" :o , warum ein (Heißluft-)Ballon Auftrieb entwickeln soll: Die erwärmte Luft soll demnach auf den oberen Teil der Hülle Druck ausüben und der Apparat - unten ist er ja offen - deshalb nach oben steigen.

Klingt für mich ziemlich gequält: Eigentlich hatte zu meiner Schulzeit die Erklärung des Herrn Archimedes völlig ausgereicht: Die mittlere Dichte des Ballons ist geringer als die der umgebenden Luft, daher steigt er (in einem Gravitationsfeld) nach oben.

Läßt man nun die Hülle weg, so steigt die Luft ja ebenfalls auf, und mit dieser vertikalen Geschwindigkeit ist - falls Bernoulli nicht total gesponnen hat - auch immer ein passender Druckabfall verbunden.

Da das Geschwindigkeitsfeld ja keine "Brüche" (Diskontinuitäten) haben kann ("von Null auf 100 in Null Sekunden und Null Zentimetern" = unendlich große Beschleunigung :huh: ), nimmt die aufsteigende Luft Umgebungsluft mit - Wind.

Wenn man will, kann man's natürlich auch so sehen, daß die Luft von außen in ein Gebiet geringeren Drucks strömt, das ist aber Jacke wie Hose (Bernoulli ist kein Ursache-Wirkungs-Gesetz, sagt nur, daß die Summe aus kinetischer Energie (Geschwindigkeit der Luftmasse (Masse = Dichte mal Volumen)) und potentieller Energie pro Volumen (Druck) konstant ist).

 

Gruß

Peter

Bearbeitet 16. Februar 2016 von PeterH

[Volume]

 

Bernoulli ist kein Ursache-Wirkungs-Gesetz

Das ist ein vielfach falsch verstandener Punkt. Eine Menge Naturgesetze erklärt nicht Ursache und Wirkung, sondern beschreibt Zustände.

Bernoulli ist eine spezielle Formulierung des Energiesatzes, und als solches absolut unstrittig korrekt. Energieerhaltung entlang eines reibungsfreien Strömungsfadens.

 

 

Die erwärmte Luft soll demnach auf den oberen Teil der Hülle Druck ausüben

Das ist, wenn man es so lokal betrachtet, völlig korrekt. Global betrachtet ist es einfach Archimedes, lokal betrachtet muss der aerostatische Auftrieb ja irgendwo "abgegriffen" werden, und das macht die Ballonhülle in der Tat indem sie die Bewegung behindert, und so eine Druckdifferenz aufbaut.

 

Eine kleine Anekdote am Rand: Der Cargolifter ist u.a. daran gescheitert, dass man dieses Detail zu spät in der Entwicklung verstanden hat.

 

Gruß

Ralf