Inwiefern ist kalte Luft im Vergleich zu warmer Luft in einem Fall weniger dicht und in einem anderen Fall dichter?

Es gibt zwei unterschiedliche und widersprüchliche Erklärungen. Was ist richtig?

Erklärung 1: Kalte Luft ist dichter als heiße Luft , denn wenn kalte Luft mit einer gewissen Dichte, sagen wir 'd' erwärmt wird, bewegen sich die Moleküle/Atome voneinander weg und so dehnt sich das Volumen aus. Da sich die Masse der Luft nicht geändert hat und das Volumen zugenommen hat, ist heiße Luft weniger dicht als kalte Luft.

Erklärung 2: Heiße Luft ist dichter als kalte Luft , weil Luft hauptsächlich aus Sauerstoff (~20%) und Stickstoff (~78%) besteht. Wenn also diese Luft beginnt, Wasser zu halten (dh wenn sie beginnt, kalt zu werden), werden einige O2- (Atommasse 16 Einheiten) und N2- (Atommasse 14 Einheiten) Moleküle durch H20 (Atommasse 10 Einheiten) ersetzt. Nach dem Avogadro-Gesetz hat also kalte Luft bei einem bestimmten Luftvolumen bei gleicher Temperatur und gleichem Druck und gleicher Anzahl von Molekülen ein geringeres Gewicht (H20 hat eine geringere Atommasse) als heiße Luft.

Welche der beiden oben genannten ist richtig? Was verursacht Meeresbrise?

Handelt es sich bei der zweiten Erklärung um einen Sonderfall von Wasser als Kühlmittel, ansonsten trifft der erste Fall zu.

Sie schließen sich nicht gegenseitig aus. Im ersten Fall betrachten Sie ein isoliertes Luftsystem, aber im zweiten Fall gehen Sie davon aus, dass die Luft Wasser ausgesetzt ist, das sie aufnehmen kann.
@Zitrone . Luft über dem Meer ist weniger dicht, da H20 wahrscheinlicher O2 und N2 ersetzt. Wenn dies richtig ist, muss weniger dichte kalte Luft über dem Meer aufsteigen und heiße Luft vom Land muss die kalte Luft über dem Meer ersetzen. Also muss der Wind vom Land zum Meer wehen. Aber das Gegenteil passiert
Beachten Sie, dass es nicht richtig ist zu denken, dass Luft Wasser „hält“: In guter Näherung sind sowohl Luft als auch Wasserdampf ideale Gase mit eigenen, unabhängigen Drücken, aber einer gemeinsamen Temperatur.
@tfb. Ja, danke, dass du mich korrigiert hast. Aber trotzdem bleibt mein Zweifel derselbe.
@ user3219492 Nun, ich denke, die Antwort ist einfach: Feuchte Luft ist dichter als trockene Luft, und beide werden weniger dicht (bei sonst gleichen Bedingungen), wenn sie heißer sind
@tfb: Feuchte Luft hat bei gleicher Temperatur eine geringere Dichte als trockene Luft
@JohnRennie doh, ja. OP: Hör auf John, nicht auf mich!
@tfb: es hat mich auch überrascht. Bis ich es nachgeschlagen hätte, hätte ich Geld darauf gesetzt, dass feuchte Luft dichter ist als trockene Luft!
Heißes Wetter ist das beste Wetter, um einen Homerun zu schlagen, da die Moleküle stärker auseinander gespreizt sind und dem Ball helfen, leichter durch die Luft zu fliegen

Antworten (1)

Die Gleichungen für die Luftdichte sind auf der Engineering Toolbox-Site verfügbar . Die Dichte trockener Luft ist ungefähr gegeben durch:

ρ D R j = 0,0035 P 0 T

Wo P 0 ist der Druck und T ist die Temperatur. Die Dichte feuchter Luft ist ungefähr gegeben durch:

ρ w e T = ρ D R j 1 + X 1 + 1.609 X

Wo X ist der Massenanteil von Wasser. Nur zum Spaß habe ich diese in Excel berechnet und davon ausgegangen P 0 = 101325 Pa und bekam:

Dichte der Luft

Die erste Tabelle zeigt die Dichte in kg/m 3 während die zweite Tabelle die gleichen Daten aber als Bruchteil der Dichte trockener Luft angibt 0 ºC.

Der Grund für die Lücken in der Tabelle ist, dass es für jede Temperatur eine maximale Wassermenge gibt, die die Luft aufnehmen kann. Auch dies ist auf der Website der Engineering-Toolbox verfügbar . Ich habe die Werte von gewählt X die Maximalwerte bei den Temperaturen 273 K, 278 K usw., so dass der untere linke Teil der Tabelle leer ist.

Ich fand die Ergebnisse ziemlich überraschend. Die Wirkung von Feuchtigkeit und Temperatur ist in ihrer Wirkung fast gleich - ich hatte nicht erwartet, dass Feuchtigkeit einen so großen Effekt hat.

Das alles macht Spaß, hat aber keinen großen Einfluss auf die Meeresbrise. Weil das Land heißer ist als das Meer, ist die Dichte der Luft am Land geringer, sodass sie aufsteigt und Luft aus dem Meer anzieht – daher die Meeresbrise. Der Feuchtigkeitsgehalt der Luft bleibt während des Luftstroms konstant, sodass sich nur die Temperatur ändert, nicht der Feuchtigkeitsgehalt.

Ich fahre Radrennen auf der Radrennbahn und vor ein paar Jahren habe ich eine Excel-Tabelle online gestellt, um die Auswirkungen auf die 200-m-, Kilo- und 2k/3k/4k-Verfolgungszeiten als Funktion von Lufttemperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit zu untersuchen. Es ist erstaunlich, wie viel heiße, feuchte Luft die Zeiten besser machen kann. In manchen Fällen hätte eine Änderung der Luftfeuchtigkeit um ein paar Prozent den Unterschied zwischen dem Erreichen eines Weltrekords oder nicht ausgemacht!
Piloten kennen alle Gefahren, auf die sie achten müssen – hoch, heiß und feucht – sie alle erschweren das Abheben.
Inwiefern ist kalte Luft im Vergleich zu warmer Luft in einem Fall weniger dicht und in einem anderen Fall dichter?
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