Kondensation von Wasser. Kontroverse im Klassenzimmer

In unserem Test gab es eine Frage, die so lief:

Frage 4 Sie haben ein Glas Eiswasser auf einem unbeschatteten Picknicktisch und sind 30 Minuten spazieren gegangen. Als Sie zurückkamen, bemerkten Sie, dass das Glas außen Wasser hat.

a. Erklären Sie in Bezug auf die Wärmeübertragung, was mit dem Glas Wasser passiert ist.

Die Mehrheit der Klasse hat diese Frage verstanden und richtig beantwortet.

b. Wäre mehr oder weniger Wasser auf der Außenseite des Glases gewesen, wenn der Picknicktisch im Schatten gestanden hätte? Erklären.

Diese Frage löste viele Kontroversen aus, da die Mehrheit der Schüler (mich eingeschlossen) glaubte, dass der Schatten mehr Wasser auf der Außenseite verursacht hätte. Wohingegen der Lehrer und einige Schüler dachten, dass die Sonne draußen mehr Wasser verursacht hätte.

Die Begründung des Lehrers war nicht sehr überzeugend und deshalb sind wir in dieses Forum gekommen, um zu fragen, was die richtige Antwort auf Teil b ist und vor allem WARUM?

Wir sind 16 bis 17 Jahre alt, wenn Sie das Niveau für die Erklärung kennen müssen.

Die Frage ist mehrdeutig. War bei Ihrer Rückkehr das ganze Eis im "sonnigen" Glas geschmolzen? War bei Ihrer Rückkehr noch etwas Eis im "schattigen" Glas? Die Antwort hängt etwas davon ab, mit wie viel Eis Sie begonnen haben, der Umgebungstemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit um das Glas herum, der Tageszeit (traf das Sonnenlicht mittags oder in der Abenddämmerung auf das Glas?), der Oberfläche von das Glas, die Windbedingungen (d. h. ob erzwungene Konvektion oder natürliche Konvektion beteiligt war oder nicht) usw.
@ DavidWhite Ja, ich denke, dies trägt dazu bei, warum die Antwort so unterschiedlich ist
Es ist auch erwähnenswert, dass an einem bestimmten Punkt Kondenswasser vom Glas abtropft ... Wenn der Tag heiß genug ist und genügend Eis im Glas ist, wird unabhängig vom Schatten/ kein Schatten ... es könnte eine größere Wasserlache um eines der Gläser geben, aber technisch gesehen war das nicht die Frage.
Vielleicht eine Frage-Entführung: Gab es Informationen zur Lufttemperatur? Alle folgenden Antworten gehen davon aus, dass die Wärmeübertragung von Luft zu Wasser stattfindet. Was ist, wenn die Umgebung KÄLTER ist als das Wasser?
Wie begründete der Lehrer seine Antwort?
Nebenbei bemerkt, wenn Sie eine qualitativ hochwertige Ausbildung erhalten möchten, müssen Sie sich damit abfinden, dass die Menschen um Sie herum falsch liegen. Vielleicht ist das die Lektion, die Ihnen Ihr Physiklehrer heute beibringt.
@Dschöni In diesem Fall bekommst du überhaupt keine Kondensation. Die Tatsache der Kondensation beweist, dass die Lufttemperatur die Temperatur des Glases übersteigt.
Es gibt eine einfache Möglichkeit, die Frage zu klären. Holen Sie sich ein Glas Wasser, etwas Eis und einen Picknicktisch. Raus aus dem Klassenzimmer und ein paar Experimente machen!
Was war die Antwort der „Mehrheit der Schüler“ (mehr oder gleich) und die Begründung?
Die "30 Minuten" sind signifikant. Nach so langer Sonneneinstrahlung würde kein Eis mehr im Glas zurückbleiben. Wärmeres Glas = weniger Kondensation.
@dmckee Nun, vielleicht. In welchem ​​Aggregatzustand sich das Wasser auf der Außenseite des Glases befindet, wurde aber nicht gesagt. Es könnte Schnee geben. Es könnte Wind geben. Mein Punkt ist: Es fehlen so viele Informationen, dass die Frage einfach nicht beantwortet werden kann.
Was andere schon gesagt haben: Mach das Experiment . Die Realität kümmert sich nicht um deine Meinungen oder Kontroversen. Wenn Sie wissen wollen, was Realität ist, fragen Sie die Realität selbst. Beachten Sie, dass Sie wahrscheinlich viele Parameter aufzeichnen müssen ... Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind, Art des Wasserbehälters, Wassertemperatur, Sonnenwinkel ... und so weiter und so weiter. Es gibt so viele Störfaktoren.
Es gibt viel Ablenkung. Der einzige Unterschied ist das Vorhandensein oder Fehlen von Sonnenlicht, und das Sonnenlicht würde die Verdunstung des Kondensats erhöhen. In der Sonne - außen weniger Wasser. Das Argument des Lehrers könnte sein, dass die Verdunstung der Flüssigkeit mehr Wärme entzieht, um sie kühler zu halten, und so die Kondensation erhöht, aber das ist dürftig, da die Flüssigkeit selbst von der Sonne erwärmt würde.

Antworten (10)

Offensichtlich ist es der Wasserdampf in der Luft, der auf der Glasoberfläche kondensiert, und das Eis im Inneren des Glases spielte die Rolle, die Glasoberfläche auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Ich werde jetzt das Problem auf das Wesentliche vereinfachen.

Ich weiß nicht, aus welchem ​​​​Material das Glas war, aber sagen wir, es war aus einem hochleitenden Material, so dass wir annehmen können, dass die Temperatur über die gesamte (äußere) Glasoberfläche gleichmäßig war. Da sich im Inneren des Glases Eis befindet, ist es vernünftig anzunehmen, dass die Temperatur im Inneren des Glases im Laufe der Zeit konstant ist, wobei sich der Wärmefluss (von der Umgebung zum Glas) selbst anpasst, um diese Temperatur aufrechtzuerhalten. Außerdem nehmen wir an, dass ein stationärer Zustand erreicht worden ist. Nehmen wir auch an, dass Glas oben geschlossen ist, obwohl dies keine ernsthafte Annahme ist und gelockert werden kann. Wir werden die Wirkung von Wind und daraus resultierender Verdunstung vernachlässigen. Wir gehen davon aus, dass der Wasserdampfdruck in der Luft konstant bleibt.

Hier ist also das vereinfachte Problem: Gegeben zwei geschlossene hohle Objekte, beide mit Eis gefüllt, so dass die Temperatur an der Innenwand des Objekts ( T ich n s ich d e ) konstant ist und einer im Schatten gehalten wird, während der andere in der Sonne steht, wodurch sich nach Erreichen des stationären Zustands eine größere Kondensatbildungsrate (an seiner Außenfläche) ergibt?

Wärmefluss zu Glas im Schatten ist Q s h a d e , und dass das Glas in der Sonne liegt Q s u n , mit Q s h a d e < Q s u n . Lassen T s h a d e und T s u n sei die Temperatur der Außenfläche des Glases im Schatten bzw. in der Sonne; beide müssen natürlich höher sein als T ich n s ich d e . Dann seit Q s h a d e < Q s u n Wir müssen haben T s h a d e < T s u n (Warum? Hinweis: Die Wärmeübertragung durch die Wand hängt von der Temperaturdifferenz über die Wand ab). An der kühleren Oberfläche, also im Schatten, tritt eine größere Kondensatbildung auf.

PS Ich werde kurz erklären, warum die Kondensationsrate für eine kältere Oberfläche höher sein muss. Die Kondensation von Wasserdampf auf einer Oberfläche ist das Ergebnis der Tatsache, dass mehr Wassermoleküle aus der Luft auf der Oberfläche abgelagert werden, als an die Luft verloren gehen. Die Geschwindigkeit der Abscheidung hängt vom Wasserdampfdruck in der Luft ab, den wir als konstant angenommen haben und der daher für beide Gläser gleich ist. Die Geschwindigkeit, mit der auf dem Glas abgelagerte Wassermoleküle an die Luft verloren gehen, hängt jedoch von der Temperatur der Oberfläche ab, und je niedriger die Temperatur ist, desto geringer ist dieser Nettofluss nach außen (siehe hier ).

"Ich weiß nicht, aus welchem ​​​​Material das Glas war", würde ich sagen, es war wahrscheinlich aus ... Glas.
@DavidRicherby Welches?
@Sabre Gibt es welche, die auf die später im selben Satz gegebene Beschreibung eines "hochleitenden Materials" passen würden? Wenn nicht, ist es eigentlich egal.
Sie gehen davon aus, dass der Dampfdruck von Wasser konstant ist, aber gehen Sie auch davon aus, dass er gleichmäßig ist? Wenn die Luft in der Sonne 100 % relative Luftfeuchtigkeit hat, ist die Luft im Schatten entweder übersättigt oder hat einen geringeren Dampfdruck. In der Praxis denke ich, dass es übersättigt sein wird, aber wenn es einen niedrigeren Dampfdruck hätte, würde dies zu einer Abnahme der Kondensation führen und sogar mehr Kondensation in der Sonne an der Grenze von sehr leitfähigem Glas verursachen.
@DavidRicherby Sie haben teilweise Recht, wenn Sie sagen, dass Glas aus ... na ja ... Glas bestehen sollte, es sei denn, "Glas" wird als allgemeineres Wort für ein Utensil verwendet, aus dem Wasser getrunken wird, in diesem Fall ein "Glas". könnte aus Edelstahl oder Messing oder was auch immer sein. Es ist Ihnen natürlich nicht vorzuwerfen, dass Sie das nicht wissen, denn diese seltsame Verwendung des Wortes "Glas" gibt es in meinem Land und vielleicht nur hier :-)
@NowIGetToLearnWhatAHeadIs Ja, ich gehe davon aus, dass es einheitlich ist. Während der Dampfdruck konstant bleibt, kann die relative Luftfeuchtigkeit je nach lokaler Temperatur von einem Punkt zum anderen variieren. Normalerweise ist die Luft nie gesättigt, weder in der Sonne noch im Schatten.
"Wir gehen davon aus, dass der Wasserdampfdruck in der Luft konstant bleibt." Ich dachte, dies wäre tatsächlich DER entscheidende Faktor für die Antwort, ich glaube nicht, dass es einfach angenommen werden kann.
@Keine Es ist eine vernünftige Annahme. Treten Wasserdampfdruckunterschiede zwischen zwei nahegelegenen Orten auf (z. B. im Schatten und knapp außerhalb des Schattens), so werden diese durch Windvermischung ausgeglichen (Diffusion wäre zu langsam). Ich kann jedoch nicht jeden realen Effekt berücksichtigen, und um zu einer Antwort zu gelangen, muss ich Vereinfachungen vornehmen.
@Keine Ich möchte Ihren Standpunkt unterstützen - kondensiert das Wasser nicht zunächst nur, weil die Glasoberfläche die Luft abkühlt und bewirkt, dass der Wasserdampfdruck (mikro-) lokal unter die Kondensationsschwelle bei atmosphärischem Druck fällt? Die unvollkommene Oberfläche des Glases liefert dann Kondensationskeime, an denen sich die Wassermoleküle anlagern. Und ja, Deep hat Recht, dass auch Verdunstung aufgrund turbulenter Mischungen von Luft mit unterschiedlicher Temperatur und Luftfeuchtigkeit und damit Wasserdampfdruck stattfindet. Beide Prozesse sind vom Dampfdruck (und damit von der Lufttemperatur) abhängig.
Ist es nicht so, dass eine kühlere Oberfläche die Kondensationsrate erhöhen würde? Wenn ich eine Oberfläche hätte 5 Grad und eine andere bei 20 Grad, ich wäre sehr überrascht, wenn letztere nicht in der gleichen Zeit mehr Wasser sammeln würde.

Das Beste, was Ihre Klasse tun könnte, wäre ein Experiment. Sie können darüber nachdenken, wie Sie dies am besten tun, aber ein paar Vorschläge sind:

  • Verwenden Sie mehrere Gläser Wasser. Stellen Sie zum Beispiel fünf Gläser in die Sonne und fünf in den Schatten.
  • Messen Sie gleichzeitig an der Brille in der Sonne und an der Brille im Schatten.

Wir können auch versuchen, das Ergebnis mit einem groben Argument vorherzusagen. In meiner Argumentation mache ich die Vereinfachung, dass am Ende der 30 Minuten immer noch Eis im Glas ist. Dies ist eine nützliche Vereinfachung, da das Wasser in den Gläsern während des gesamten Experiments auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Ich werde mir auch eine etwas genauere Beschreibung des Experiments vorstellen. Ich werde sagen, dass wir einen Picknicktisch in der Sonne haben und ein Sonnenschirm die Hälfte des Tisches im Schatten abdeckt.

Dann können wir darüber nachdenken, welche Variablen die Rate steuern, mit der sich Kondensation auf dem Glas bildet. Einige Kandidaten sind:

  • Die Temperatur der Umgebungsluft
  • Die Temperatur des Wassers im Glas
  • Die Feuchtigkeit der Umgebungsluft

Wir können feststellen, dass die Temperatur des Wassers im Glas in beiden Fällen gleich ist, da beide Eis enthalten. Die Luftfeuchtigkeit wird sich zwischen Sonne und Schatten kaum unterscheiden. Dies liegt daran, dass sich die Wassermoleküle in der Luft zufällig bewegen und sich daher tendenziell gleichmäßig verteilen. Tatsächlich sind auch die Lufttemperaturen in der Sonne und im Schatten gleich. Die zufälligen Kollisionen in der Luft neigen dazu, die Wärmeverteilung in der Luft zu glätten. Da wir unsere beiden Gläser so gewählt haben, dass sie nahe beieinander stehen (auf demselben Picknicktisch), sind die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit in beiden Fällen fast gleich.

Wir sehen, dass alle drei Variablen, die die Geschwindigkeit der Kondensationsbildung steuern, in beiden Fällen gleich sind. Daher würde ich voraussagen, dass Sie im Experiment keinen signifikanten Unterschied in der Menge der Kondensation in den abgedunkelten und nicht abgedunkelten Gläsern feststellen könnten.

Diese Antwort ignoriert den Effekt des Temperaturunterschieds über die innere und äußere Oberfläche des Glases, wie in der Antwort von "Deep" besprochen. In Anbetracht dieses Effekts stimme ich seiner Antwort zu. Es würde mich jedoch interessieren, einige Zahlen in Deeps Argumentation zu sehen, ich vermute, der Effekt wäre zu gering, um ihn mit dem Auge zu bemerken.
+1 für den Vorschlag eines Experiments. Die Grundlage des Wissens ist Beobachtung.
Ich habe gerade das Experiment gemacht und die Schattenseite hatte (kaum) mehr Kondenswasser.
Ich vermute, dass das Kondensat in der Sonne eine etwas höhere Wiederverdampfungsrate aufweist, da zusätzliche Energie aus dem Sonnenlicht absorbiert wird. Es würde mich interessieren, ob Sie ein Differential mit einem Glas sehen, das halb in der Sonne und halb außerhalb der Sonne liegt ...

Berücksichtigen Sie die Möglichkeit, dass es keine „richtige“ Antwort gibt.

Vielleicht war der Zweck der Frage nur, Sie dazu zu bringen, über eine körperlich interessante Situation nachzudenken und zu diskutieren.

Die Kondensation hängt mindestens von den folgenden Faktoren ab

  • Luftfeuchtigkeit
  • Lufttemperatur
  • Luftzirkulation
  • Wassertemperatur

Es ist möglich, dass direktes Sonnenlicht alle diese Faktoren beeinflusst, und die Auswirkungen auf die Kondensation wirken in verschiedene Richtungen. Welcher Effekt dominiert, kann von mehreren Faktoren abhängen, die nicht in der Frage angegeben sind. Selbst wenn es in den meisten Situationen eine "richtige" Antwort gibt, kann es sein, dass es nicht möglich ist, dies basierend auf einem einfachen physikalischen Argument sicher zu schließen.

+1 Wenn komplizierte Effekte berücksichtigt werden, ist es schwer zu sagen, was passieren wird.
Während dies eine viel bessere Verwendung der Frage wäre, war es anscheinend eine Testfrage und der Lehrer wollte, dass es eine "richtige" Antwort gibt. Man kann nur hoffen, dass die Frage von der Prüfung ausgeschlossen wird.
@ jpmc26 Oh, ich habe den Teil verpasst, dass dies eine Prüfungsfrage ist. Das scheint eine wirklich schlechte Wahl des Lehrers zu sein.

Die Antwort bezieht sich auf die erste Frage.

Wenn Eis in Glas aufbewahrt wird, absorbiert es Wärme aus den Wasserdämpfen, die in der umgebenden Atmosphäre vorhanden sind.

Also Wasserkondensatoren drumherum.

Nun, der Unterschied, wenn es im Schatten und in der Sonne gehalten wird, besteht darin, dass das Eis auch Wärme von den Sonnenstrahlen absorbiert, die auf das Eis fallen, wenn es in der Sonne gehalten wird. Es wird mehr Wärme von der Sonne als durch Wasserdämpfe und die Atmosphäre verbraucht.

Im Schatten, da keine Sonnenstrahlen fallen, wird mehr Wärme aus der Atmosphäre absorbiert.

Im Schatten kondensiert also mehr Wasser um Glas herum als in der Sonne, weil das Eis in der Sonne eine bessere oder andere Quelle hat, um Wärme zu absorbieren.

Wasser wird also mehr im Schatten sein.

Danke für die Antwort, aber unser Physiklehrer behauptet sich
Können wir nicht sagen, dass Eis ohne Schatten die gleiche Menge an Wärme aus der Atmosphäre absorbiert, aber auch zusätzliche Wärme von der Sonne absorbiert? Dadurch schmilzt mehr Eis, aber das kondensierte Wasser bleibt gleich.
Wärme wird absorbiert, bis das Eis schmilzt und seine Temperatur gleich der seiner Umgebung oder Atmosphäre ist.
@KetanChaware Danke für die Antwort. Ich werde diesen Punkt ansprechen, wenn wir nächste Woche wieder Physik haben.
Was ist "Avalon"? @class_question: Auf jeden Fall erhöht die Sonne auch die Verdunstungsrate des Kondenswassers, wodurch die Menge, die auf der Außenseite des Glases verbleibt, weiter reduziert wird.
Die Luft ist weniger feucht, wenn sie unter der Sonnenhitze steht. Und die Wasserdampftemperatur ist höher als im schattierten Bereich. So kondensiert weniger Wasser auf dem Glas. Ich würde zustimmen, dass Sie mehr Wasser im Schatten sehen werden.
„Unser Physiklehrer behauptet sich“ – Hat Ihr Physiklehrer Ihnen beigebracht, was Galileo Aristoteles angetan hat? Zeit für ein Experiment!

Sie werden sehen, dass Ihre Annahmen über das Experiment einen Unterschied machen können. Am Ende gebe ich Ihnen eine Wendung, die den Unterschied ausmachen kann:

Annahmen

Lassen Sie uns einige vereinfachende Annahmen treffen und erklären, warum diese Annahmen sinnvoll sind:

Wenden wir uns zunächst den makroskopischen Bedingungen zu. Damit meine ich die Bedingungen, die im größten Teil des Raumes, in dem dieses Experiment stattfindet, einheitlich herrschen:

  1. Nehmen wir in Bezug auf das Glas Eiswasser an, dass es für die Dauer des Experiments Eis enthält. (Der Grund dafür ist, dass dies offensichtlich eine Selbstverständlichkeit ist – Sie haben ein Glas Eiswasser.)

  2. Wir können auch davon ausgehen, dass das Glas Eiswasser für die Dauer des Experiments eine konstante Temperatur hat. Der Grund dafür ist, dass Eis beim Schmelzen Wärme absorbiert, ohne die Temperatur zu ändern. Das passiert, wenn ein Material eine Phasenänderung erfährt. (zum Beispiel fest zu flüssig oder flüssig zu gasförmig). Also, mit der ersten Annahme (es ist immer Eis vorhanden), dann bleibt die Temperatur konstant. ( Phasenübergang von Wasser )

  3. Für den Versuch in der Sonne und den Versuch im Schatten sind alle anderen Bedingungen identisch. (Wir könnten einen offenen Raum annehmen, da das Glas auf einem Picknicktisch steht.) So sind beispielsweise Lufttemperatur (siehe unten) und Luftdruck identisch. Wenn es überhaupt windig ist, dann ist das in beiden Fällen gleich. (Nehmen wir an, es ist nicht windig, aber Sie können dies weiterführen und sich fragen, wie dies die Schlussfolgerung ändern würde, wenn dies der Fall ist.)

  4. Die Lufttemperatur ist im Schatten die gleiche wie in der Sonne. Ich weiß, was Sie denken, aber Sie müssen verstehen, dass die Lufttemperatur ein Maß für die kinetische Energie der Moleküle in der Luft ist. ( Warum offizielle Temperaturen immer im Schatten gemessen werden) Da sich die Moleküle tatsächlich sehr schnell bewegen (im Durchschnitt mit Schallgeschwindigkeit), dauert es nicht lange, bis sie sich zwischen einem schattierten Bereich und einem nicht schattierten Bereich bewegen. (Wenn Sie das in Frage stellen, denken Sie darüber nach, wie schnell sich ein Geruch ausbreiten kann, selbst in "stiller" Luft. Wenn Sie sich immer noch nicht sicher sind, versuchen Sie ein Experiment mit etwas, das Sie leicht riechen können.)

  5. Die Luftfeuchtigkeit ist im Schatten genauso hoch wie in der Sonne. Das ist dasselbe wie zu sagen, dass für ein bestimmtes Luftvolumen der Anteil der Moleküle, die Wassermoleküle sind, konstant ist, unabhängig davon, ob sie sich im Schatten befinden. Die Luftfeuchtigkeit hängt von der Lufttemperatur und der kinetischen Energie der Luftmoleküle ab, um zu verhindern, dass Wasser auskondensiert. Außerdem bewegen sich Wassermoleküle in der Luft mit ähnlichen Geschwindigkeiten wie alle anderen Luftmoleküle.

Schauen wir uns nun einige mikroskopische Bedingungen an, insbesondere an der Oberfläche des Glases:

  1. ( Konvektion ) Wärmeübertragung findet an der Oberfläche des Glases statt.

    • Luftmoleküle, einschließlich des verdunsteten Wassers (der Feuchtigkeit), verlieren Energie, wenn sie auf die kalte Oberfläche des Glases treffen. Dies nennt man Konvektionswärmeübertragung ( Konvektion ), das ist die Übertragung von kinetischer Energie vom Gas auf das kalte Glas. Genügend Wassermoleküle können Energie verlieren, um zum Kondensationspunkt zu gelangen , wodurch das Wasser an der Seite des Glases entsteht. (Andere Arten von Molekülen in der Luft kondensieren bei den Temperaturen, über die wir hier sprechen, nicht so leicht.)

    • Wassermoleküle an der Seite des Glases gewinnen Energie, wenn sie von sich schnell bewegenden Luftmolekülen getroffen werden. Dies kann ausreichen, um Verdunstung zu verursachen .

Dies ist ein kontinuierlicher Prozess, aber wenn Sie sehen, dass Kondensation auftritt, muss die Kondensationsrate größer sein als die Verdunstungsrate!

  1. An der Oberfläche des Glases findet eine Strahlungswärmeübertragung statt. Auf ein Thermometer auftreffende Sonnenstrahlung erwärmt das Thermometer. Wie bereits erwähnt, messen wir deshalb die Lufttemperatur im Schatten. Es kann auch genug Wärme übertragen, um einige der Wassermoleküle an der Seite eines Glases zum Verdampfen zu bringen. Dies wäre zusätzlich zur Verdunstung aufgrund von Konvektion.

Fazit

Wir haben angenommen, dass abgesehen vom Sonne/Schatten-Unterschied alle Bedingungen zwischen den beiden Experimenten gleich sind:

  • Das Glas hält eine konstante Temperatur, solange es Eis gibt, da Wärme, die aus der Umgebung hinzugefügt wird, nur dazu dient, das Eis von fest zu flüssig zu verändern.

  • Die Auswirkungen der Lufttemperatur wurden als gleich erklärt, da die Lufttemperatur ein Maß für die kinetische Bewegung der Luftmoleküle ist und sich alle Moleküle frei und schnell zwischen Schatten und Sonne bewegen.

  • Bedingungen an der Oberfläche des Glases können zu Phasenänderungen führen. Dies kann gleichzeitig zu Kondensation und Verdunstung führen. Energieübertragungsmechanismen steuern die Nettoergebnisse.

  • Das im Sonnenlicht durchgeführte Experiment hat eine zusätzliche Energiequelle, die den Kondensations- und Verdunstungsprozess beeinflusst. Strahlung kann die Verdunstung erhöhen.

Wir müssen schlussfolgern, dass sich das Verhältnis von Verdunstung vs. Kondensation zwischen den beiden Experimenten unterscheidet und dass weniger Wasser an der Seite des Glases vorhanden ist, wenn das Experiment im Sonnenlicht durchgeführt wird.

Ob das nun eine spürbare Menge sein wird, ist eine andere Frage. Aber unter den richtigen experimentellen Bedingungen kann dies genau gemessen werden.

Entfernen Sie nun eine Annahme

Ich würde es meinem Physiklehrer an der High School zutrauen, so etwas zu tun, aber nehmen wir an, dass das "Eiswasser" zu Beginn des Experiments kein Gleichgewicht erreicht hat. Das bedeutet, dass beim Schmelzen des Eises das freigesetzte flüssige Wasser eine kältere Temperatur hat als der Rest der Flüssigkeit.

Das bedeutet, dass ein Teil der Wärmeenergie des Wassers zur Erwärmung dieses freigesetzten Wassers verwendet werden muss.

Im schattierten Experiment erwarten wir, dass das Eis länger braucht, um zu schmelzen. (Weniger Strahlungsenergie auf dem Glas!).

Die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem Glas erfolgt mit einer Rate, die proportional zu ihrer Temperaturdifferenz ist (alle anderen sind gleich). Dies führt zu weniger Kondensation (und mehr Verdunstung), während das Glas eine Temperatur über dem Gleichgewicht hat.

Wir würden erwarten, dass das Glas im sonnenbeschienenen Experiment früher das Gleichgewicht erreicht als das im schattierten Experiment.

Jetzt haben Sie einen Fall, in dem die Verdunstung durch Strahlung durch diesen thermischen Äquilibrierungsprozess des Eiswassers ausgeglichen werden kann.

Wenn Sie die Nettokondensation über die 30-minütige Zeit des Experiments integrieren würden, würden Sie sehen, dass das sonnenbeschienene Glas tatsächlich mehr Kondensation erzeugen könnte.

Ja! Der Lehrer erkennt möglicherweise nicht, dass die Lufttemperatur und -feuchtigkeit in der Sonne und im Schatten gleich sind. Das Argument „warme Luft hält mehr Wasser“ trifft hier nicht zu. Vielen Dank auch für den Hinweis, dass dies ein Gleichgewichtsprozess ist, bei dem die Kondensation durch Verdunstung ausgeglichen wird, um einen Nettoeffekt zu erzielen. Abschließend danke für den Hinweis, dass es im schmelzenden Eis einen Gleichgewichtsprozess gibt. Mein College-Chemielabor zeigte, dass die Annahme, dass die Wasser-Eis-Mischung isotherm sei, oft fehlerhaft war. In der Praxis blockiert das Eis das konvektive Mischen und es ist nur eine Isotherme, wenn Sie aktiv rühren.

Kondensation auf dem Glas hat alles damit zu tun, ob die Luft in der Nähe der Glasoberfläche den Taupunkt (Temperatur) erreicht hat oder nicht.
Der Taupunkt hängt von der Luftfeuchtigkeit ab.
Am Taupunkt kondensiert der Wasserdampf in der Luft zu flüssigem Wasser.

Interessant ist, dass die Kondensationsrate nicht nur von der Temperatur der Luft beeinflusst wird , sondern auch von der Rate , mit der dem kondensierenden Wasserdampf in der Luft Wärme entzogen werden kann.

Wenn die Sonne auf das Glas scheint, wird die Strahlungswärme der Sonne vom Glas und dem Kondenswasser absorbiert und erhöht so die Außentemperatur des Glases und des Kondenswassers.
Dies erhöht wiederum die Wärmeübertragungsrate durch das Glas und erhöht zusammen mit der vom Eis/Wasser im Glas absorbierten Strahlungswärme die Geschwindigkeit, mit der Eis im Glas schmilzt.
Das Luftvolumen um das Glas, das sich auf oder unter dem Taupunkt befindet, ist im Schatten wahrscheinlich größer, da die Außenseite des Glases eine niedrigere Temperatur hat, und dies könnte zu einer höheren Kondensationsrate von Wasserdampf führen.

Es scheint mir, dass ein Glas an einem schattigen Ort dazu führt, dass in einer bestimmten Zeit mehr Wasserdampf kondensiert.

Der Taupunkt ist nicht druckabhängig.
@jkej Änderung wie vorgeschlagen vorgenommen.

Hier gibt es viele lange Antworten, die wahrscheinlich weit über das Modell hinausgehen, das ein Physiklehrer an einer High School mit seinen Schülern anwenden wird.

Sie geben die Lehrer oder Ihre Argumentation nicht im Detail an, aber ich vermute, die Antwort des Lehrers beruht auf einer einfachen Tatsache: Warme Luft kann mehr Wasser aufnehmen als kalte Luft .

Der Tisch in der Sonne (nach dieser Denkweise) ist wärmer als der Tisch im Schatten, aber die Temperatur des Glases ist in beiden Fällen gleich. Daher ist mehr Feuchtigkeit in der heißen Luft, die auskondensiert.

Ist das wirklich das, was passieren würde?

Hier gibt es viele erschwerende Faktoren. Hätte die Luft in der Sonne wirklich mehr verdunstete Feuchtigkeit als im Schatten? Es scheint mir nicht wahrscheinlich, zumindest nicht in unmittelbarer Nähe. Wie verändert die Sonneneinstrahlung die Dinge? Würde dadurch ein Teil des Wassers verdunsten? Sehr schwierig zu modellieren, besonders ohne weitere Details.

Ja, warme Luft kann mehr Wasser "halten". Aber in der Tat bedeutet das nicht, dass es mehr Wasser HAT. Die Luft an einem Ort enthält grundsätzlich die gleiche tatsächliche Menge an Wasser, unabhängig von Schatten- oder Sonnenflecken. Die einzig möglichen Wege, die falsch sein könnten, waren 1 - ABSOLUT kein Mischen (völlig ruhig) ... plus eine signifikante Wasserquelle, damit die Sonne in die wärmere Luft verdunsten kann, oder 2 - wenn die Luft bereits stark gesättigt wäre (unwahrscheinlich tagsüber) plus die Bodenkälte, um Tau zu verursachen). Selbst in diesen beiden Fällen würde es einen Zeitraum von Tagen dauern, um eine kleine prozentuale Änderung der Feuchtigkeitsmenge zu erreichen.
@JeopardyTempest Einverstanden. Auch hier vermute ich nur, was der Lehrer hier denkt, aber es ist das einzige, was mir in den Sinn kommt, das (theoretisch) auf der High-School-Unterrichtsebene gültig wäre.

Um dies zu beantworten, müssen einige Annahmen getroffen werden. Ich gehe mal von folgendem aus:

  1. Es war genug Eis im Glas, damit nicht das ganze Eis schmolz. Das bedeutet, dass das Innere des Glases die ganze Zeit über eine im Wesentlichen konstante Temperatur nahe dem Gefrierpunkt von Wasser hatte.

  2. Das Glas ist transparent und erhält daher nur sehr wenig Wärmeenergie direkt von der Sonne. In jedem Fall wurde das Innere auf dem Gefrierpunkt von Wasser gehalten, da das Eis nicht vollständig schmolz.

  3. Die Sonnen- und Schattenoptionen sind sehr lokalisiert. Ein paar Meter in beide Richtungen würden Sonne oder Schatten wechseln. Daher hat die Luft um das Glas im Wesentlichen die gleiche Temperatur und Feuchtigkeit, egal ob das Glas in der Sonne oder im Schatten steht. Das bedeutet auch, dass es in beiden Fällen gleich ist, ob es Wind gibt oder nicht.

Bei all diesen Bedingungen sollte es keinen Unterschied in der Kondensation zwischen dem Glas in der Sonne und im Schatten geben. Sie haben ein Glasobjekt, das auf einer festen Temperatur gehalten wird und von derselben Luft mit derselben Temperatur und Feuchtigkeit sanft umwirbelt wird.

Die Antwort läuft also auf subtile Effekte hinaus, die einige der Annahmen nicht ganz wahr machen. Da solche Details in der Frage nicht angegeben wurden, lautet die richtige Antwort Sie können der Frage nicht entnehmen .

Zum Beispiel wird Annahme Nr. 2 nicht genau wahr sein. Selbst ein durchsichtiges Glas mit klarem Wasser und Eis im Inneren absorbiert ein wenig Energie von der Sonne. Das meiste davon wird in die Erwärmung des Wassers fließen, was nur dazu führt, dass mehr Eis in der gleichen Zeit schmilzt. Das hält das Wasser immer noch auf der gleichen Temperatur, bis das Eis erschöpft ist.

Die winzige Erwärmung an der Außenseite des Glases führt dort jedoch zu einem leichten Temperaturanstieg, obwohl das Innere des Glases eine feste Temperatur hat. Dieser leichte Anstieg würde die Kondensationsmenge leicht verringern.

Aber als Kontrapunkt könnte es sowohl mehr als auch weniger Kondensation in der Sonne geben, da Annahme Nr. 3 nicht ganz richtig ist. Angenommen, der Picknicktisch ist aus Holz und etwas feucht. Die Sonneneinstrahlung würde direkt über dem Tisch, wo sich das Glas befindet, mehr Feuchtigkeit verursachen, was zu mehr Kondensation führen würde. Wenn der Tisch trocken ist, würde die Sonneneinstrahlung eine etwas wärmere Luft direkt über dem Tisch verursachen, was zu weniger Kondensation führt.

Auch hier gibt es keine klare Möglichkeit, die Sonne/Schatten-Frage ohne weitere Details zu den Bedingungen zu beantworten, da der Unterschied in der Kondensation von subtilen Effekten abhängt, die von den Details abhängen.

Manchmal kann ein mentales Experiment, das die Bedingungen extremer macht, aufschlussreich sein. Mir fallen zwei ein:

  1. Lassen Sie das Glas stattdessen eine Tasse sein, die aus einem isolierenderen Material besteht; Nur damit es kaum zu einer grenzwertigen Kondensation kommt, wenn die Tasse im Schatten unter einem Sonnenschirm steht. Stellen Sie sich das Material schwarz vor, um die Lichtabsorption zu erhöhen.

    Entfernen Sie nun den Regenschirm. Ich wette, dass sich die der Sonne ausgesetzte Tassenoberfläche aufheizt (vorausgesetzt, die Sonne scheint schräg) und die Kondensation aufhört, zumindest auf der Seite, auf die die Sonne scheint. Beim meist transparenten Glas ist der Effekt derselbe, nur schwächer.

  2. Nehmen Sie das ursprüngliche Glas-Setup. Setzen Sie es jedoch nicht der Sonne aus, sondern einem 100-kW-Punktlicht, wie es auf Filmsets verwendet wird, wodurch die Lichtintensität effektiv um eine oder zwei Größenordnungen erhöht wird. Ich wette, die Glasoberfläche und das Kondenswasser (das Infrarot gut absorbiert) werden sich etwas erwärmen, was zu weniger Nettokondensation führt.


Nebenbei verstehe ich, warum man denken könnte, dass es mehr Kondensation in der Sonne gibt. Es ist eine allgemeine Erfahrung, dass gekühlte Getränke an warmen Tagen stark „schwitzen“, während die Wirkung an kühlen Tagen viel milder ist, wenn überhaupt. Houstoner brauchen Untersetzer; Sibirier, nicht so sehr. Aber wie wäre es mit San Antonianern? Leute in Pecos?

Die Kondensation hängt hauptsächlich von der relativen Luftfeuchtigkeit an der Glasoberfläche ab.

Die relative Luftfeuchtigkeit (kann die Luft noch mehr Wasser aufnehmen?) wiederum hängt von der absoluten Luftfeuchtigkeit (Gramm Wasser/Gramm Luft) und der Temperatur ab (weil warme Luft viel mehr Wasser aufnehmen kann). Die Luft in warmen Klimazonen wie Houston kann viel Wasser transportieren, das auf Ihrem kalten Glas kondensiert. Die Luft in kalten Klimazonen ist absolut gesehen viel trockener – das berühmte Extrem ist die Luft am Südpol.

Weil es in der Sonne wärmer wird, könnte man versucht sein zu glauben, dass mehr Wasser kondensieren wird, wie es im warmen Houston der Fall wäre. Aber die Luft im Schatten und in der Sonne ist die gleiche Luft , die die gleiche Menge an absolutem Wasser enthält. Es verhält sich unter identischen Bedingungen auf der Glasoberfläche identisch. Wenn überhaupt, können die wärmere Luft und die Sonne die Glasoberfläche erwärmen, was zu weniger Kondensation führt, und die warme Luft in der Sonne (die relativ trockener ist, weil sie mehr Wasser aufnehmen kann) beschleunigt die Verdunstung und verschiebt das dynamische Gleichgewicht weg von Kondensation.

Mir ist aufgefallen, dass ein Kommentator sagte, dass die Frage von Natur aus mehrdeutig sei, ob Sie Kondensat zählen, das von der Seite des Glases abgerollt ist.

Frage : Hätte sich mehr oder weniger Wasser auf der Außenseite des Glases befunden, wenn der Picknicktisch im Schatten gestanden hätte?

In der Tat, wenn ich es besonders amüsant interpretieren würde, würde im Schatten weniger Wasser aus dem Inneren des Glases in die Luft verdunsten, und daher wäre weniger Wasser auf der Außenseite des Glases.

Abgesehen davon erwähnte ein anderer Kommentator auch, dass Sie nicht erwarten können, dass das Eis ungeschmolzen bleibt, wenn Sie es eine halbe Stunde lang in der Sonne lassen, und es ist sehr wahrscheinlich, dass die Sonne die Außenseite austrocknet, nachdem das Eis geschmolzen ist das Glas durch Verdunstung. Im Schatten kann man sich leicht vorstellen, dass das Glas mit Eiswasser gefroren bleibt, wenn Sie zurückkommen, sodass immer noch Wasser an der Seite des Glases kondensiert.

Daher sehe ich hier keine große Notwendigkeit für komplizierte Argumentationen.

Es sei denn, Ihr Eiswasser ist eher ein Glas voller Eis als ein Glas Wasser mit ein paar Eiswürfeln darin ...