Warum ist Luft ein schlechter Wärmeleiter?

Nun, das Argument ist nicht sehr gut formuliert:

Da die Luft ein schlechter Wärmeleiter ist, bleibt die Suppe länger heiß: Nur die erste Luftschicht, die die Suppe berührt, wird schnell heiß, und die Wärme wird nicht effizient auf den Großteil der Luft übertragen.

Bei Suppe sollte im Gegensatz zur Thermoskanne auch an Verdunstungskühlung gedacht werden. Konvektion erhöht durch kontinuierliches Ersetzen der Kontaktluftschicht die Wärmeübertragung auf die Masse der Luft durch Leitung und gleichzeitig erhöht sich die Verdunstungsrate , wodurch die Kühlung erhöht wird. So kühlt die Suppe schneller ab als ohne Konvektion.

Wenn Luft ein guter Wärmeleiter wäre, würde die Suppe schnell abkühlen, wie in einer Metallplatte auf einer Metalloberfläche.

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Edit: Der Kommentar von Georg lässt mich hinzufügen, dass die Suppe natürlich auch kühlen würde, weil sie mit dem ihrer Temperatur entsprechenden Schwarzkörperspektrum strahlen wird. Konvektion erhöht die Rate des Wärmeverlusts gegenüber dem Verlust durch Strahlung.

Um den Titel anzusprechen, der sich inhaltlich von den Fragen unterscheidet:

Warum ist Luft ein schlechter Wärmeleiter?

Es ist vor allem die sehr geringe Dichte von Gasen, die sie zu schlechten Wärmeleitern macht . In Flüssigkeiten und Feststoffen sind Atome und Moleküle dicht gepackt und die Energieübertragung muss über viel kürzere Distanzen erfolgen. In einem Gas müssen sich Moleküle an Molekülen streuen, um Energie über größere Entfernungen auszutauschen, daher ist die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung viel geringer.

Luft ist ein schlechter Leiter, denn um Wärme zu leiten, sollten Strommoleküle Wärme absorbieren und durch Vibration an Nachbarn weitergeben. Im Fall von Luftmolekülen in der Nähe der heißen Oberfläche wird die Wärme absorbiert und beginnt zu vibrieren, aber das Nachbarmolekül ist so weit entfernt, dass diese Vibration sehr hoch sein sollte, und daher ist die erforderliche Wärmeenergie hoch, damit eine kleine Leitung beginnt.

Konvektion hilft der Luftleitung, indem sie Moleküle in der Luft mobil macht, so dass die Wärmeübertragung nicht nur von der Schwingung des Moleküls abhängt, sondern ein anderes (oder dieses Molekül selbst) reisen kann, um Wärme zu übertragen.

"Wenn Luft ein guter Wärmeleiter wäre", bleibt die Suppe nicht länger heiß, da diesmal sowohl Konvektion als auch Leitung dazu beitragen, Wärme von der Suppe abzuleiten.

Da Wärmeleitung die Übertragung von Wärme durch eine Substanz als Ergebnis benachbarter schwingender Teilchen ist, sind die Teilchen in der Luft weit voneinander entfernt. Wärme breitet sich nicht leicht durch Leitung durch Luft aus.

Konvektion erfordert, dass die heiße Luft direkt über Ihrer erhitzten Suppe aufsteigt, wenn ihre Dichte nach dem Erhitzen abnimmt, sodass die kältere Luft um die aufsteigende heißere Luft die heißere Luft ersetzen kann, und dasselbe passiert erneut. Da die Konvektionsströmungen (das Aufsteigen der heißen Luft und das Absinken der kalten Luft) direkt über Ihrer Suppe stattfinden, beginnt die zuvor heiße Suppe, Wärmeenergie (Wärme) zu verlieren, und Ihre Suppe kühlt trotzdem ab Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Mit anderen Worten, die Kühlung Ihrer Suppe erfolgt nur durch Konvektion durch die Luftbewegung und nicht durch die Erwärmung der Luft selbst. Wenn Luft also ein guter Wärmeleiter wäre, würde es keinen Unterschied machen.

Hoffe das hilft.

Die Wärmeleitfähigkeit im linearen Bereich (dh keine Konvektion) wird durch die Geschwindigkeit der Energieübertragung durch Diffusion von Molekülen vom heißen Bereich (hohe durchschnittliche kinetische Energie) zum kalten Bereich (niedrige durchschnittliche kinetische Energie) bestimmt. Diese Rate ist proportional zur Dichte der Moleküle, der mittleren Geschwindigkeit, der mittleren freien Weglänge und der spezifischen Wärme pro Teilchen, kappa\sim n c_p v l. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Wärmeleitfähigkeit eines Metalls größer ist, weil die Dichte größer ist. Das stimmt nicht, denn die mittlere freie Weglänge geht umgekehrt zur Dichte, l \sim 1/(n\sigma), wobei \sigma der Streuquerschnitt ist. Der Hauptgrund dafür, dass Metalle gute Leiter sind, ist, dass die Geschwindigkeit von Elektronen in einem Metall viel größer ist als die Geschwindigkeit von Luftmolekülen (weil Elektronen leichter sind,

Luft ist ein schlechter Wärmeleiter aufgrund der Tatsache, dass ihre Absorptionseigenschaft geringer ist und ihre Transmissionseigenschaft ebenfalls geringer ist, aber ihre Reflektionseigenschaft höher ist. Dies bedeutet, dass die Luft, wenn Wärme durch Luft geleitet, konvektiert und abgestrahlt wird, die Wärme weder absorbiert noch überträgt Stattdessen reflektieren sie zurück und lassen die Wärmeübertragung aufgrund ihrer Dichteänderungen bei wechselnden Temperaturen ungehindert entweichen. Daher tragen die Luftmoleküle eine sehr geringe Wärmemenge mit sich das Vorhandensein eines hohen Feuchtigkeitsgehalts, der eine höhere Dichte, mehr Absorptionsfähigkeit und mehr Transmissionseigenschaften als Luft hat ... so absorbiert die durch diese Moleküle übertragene Wärme eine große Menge an Wärme und leitet, konvekt und strahlt die Wärme zwischen benachbarten Molekülen ab ...