Wenn ich Rauch aus meinem Fenster blase, kommt dann jemand in mein Zimmer?

Meine Freundin und ich haben eine lebhafte Debatte darüber geführt, ob meine Mitbewohner den Rauch riechen können, den ich aus meinem Fenster puste. Kannst du uns helfen? Hier ist das Szenario.

  1. Der Raucher stellt sich auf das Fenster, mit seiner Zigarette in der linken Hand, die ständig draußen bleibt und immer mindestens 15 cm vom Fenster entfernt bleibt.

  2. Es ist Winter in Edinburgh (es sind 2 Grad draußen). Die Raumtemperatur beträgt etwa 21 Grad.

  3. Wenn der Raucher ausatmet, projiziert er einen dünnen Rauchstrahl direkt nach draußen (bei 90 Grad). (um es so sauber und so weit wie möglich zu bewegen)

  4. Draußen weht kaum Wind.

Vorausgesetzt, dass:

  1. Heißere Luft hat einen höheren Luftdruck als kühlere Luft
  2. Der Raum ist heißer als draußen, daher hat er einen höheren Luftdruck.
  3. Hochdruckluft strömt immer zu Niederdruckluft

Wir können hoffen behaupten zu können:

  1. Obwohl der Rauch beim Ausatmen heiß ist, kühlt er schnell ab, wenn er der 2C-Luft ausgesetzt wird, und erreicht dadurch einen Luftdruck, der signifikant niedrig genug ist, um die Innen- / Außenschwelle aufgrund des Luftdruckunterschieds zwischen ihm und dem Raum nicht zu überschreiten .
Ich würde diese Frage einfach experimentell beantworten.
Ganz gleich, welche Vorsichtsmaßnahmen Sie treffen, einige Rauchmoleküle gelangen in Ihr Zimmer (zu einem ähnlichen Thema: Luftmoleküle springen etwa 100 Mal pro Sekunde zwischen den Wänden Ihres Zimmers hin und her , sodass die Diffusion unglaublich schnell ist). Die Frage ist, ob es eine merkliche Menge ist - und ich vermute, die einzige Möglichkeit, dies zu beantworten, besteht darin, es zu testen. Verzeihung.
@lemon, sei vorsichtig, wenn du sagst, dass Luftmoleküle ~ 100 Mal pro Sekunde zwischen den Wänden hin und her springen. Es stimmt zwar, dass die typische Geschwindigkeit eines Moleküls etwa 1 km/s beträgt, aber die mittlere freie Weglänge ist sehr klein und liegt in der Größenordnung von mehreren zehn Nanometern! Mit anderen Worten, ein Molekül geht nicht sehr lange in die gleiche Richtung! Der (Selbst-)Diffusionskoeffizient liegt in der Größenordnung von cm^2/s. In einer Sekunde kann man davon ausgehen, dass ein Molekül etwa einen Zentimeter diffundiert. Ich stimme Ihnen zu, dass immer etwas Rauch in den Raum gelangt, aber meistens ist dies auf Luftströme zurückzuführen, nicht nur auf Diffusion.
Halten Sie die Zigarette am oberen Teil des Fensters (sogar einige Zentimeter innerhalb des Raums), atmen Sie auch nach oben aus, der gesamte Rauch geht aus. Wie Rauchen in der Nähe eines Kamins.
Könnten Sie bitte näher auf das Rauchen in der Nähe eines Kamins eingehen? ^^

Antworten (2)

Wenn ein Haus bis zur Oberkante der Tür mit Wasser gefüllt wäre und Sie die Vordertür öffnen würden, würde Wasser aus dem unteren Teil der Öffnung herauslaufen und Luft würde von außen durch den oberen Teil der Öffnung einströmen. Das liegt daran, dass das Wasser dichter ist als die Luft. Bei geöffnetem Fenster ist die Innenluft wärmer (weniger dicht) als die Außenluft. So strömt Außenluft durch den unteren Teil der Fensteröffnung (von außen) ein und Innenluft tritt durch den oberen Teil der Fensteröffnung aus. Die durch den unteren Teil der Öffnung einströmende Luft trägt den Rauch der Zigarette mit in den Raum.

Der wahre Beweis dafür ist, dass der Raum bei offenem Fenster kalt wird. Es muss also kalte Luft von außen einströmen (und Rauch mit sich bringen).

  1. Heißere Luft hat einen höheren Luftdruck als kühlere Luft

Das ist nicht die ganze Geschichte. Luft ist im Allgemeinen gut als ideales Gas modelliert , was Druck bedeutet P , Temperatur T , Dichte ρ und Molekulargewicht M verwandt sind durch

P = k B M ρ T .
Heißere Luft hat einen höheren Druck, wenn Dichte und Molekulargewicht gleich gehalten werden.

  1. Der Raum ist heißer als draußen, daher hat er einen höheren Luftdruck.

Das wird überhaupt nicht stimmen. Wenn Sie ein offenes Fenster haben, gleicht sich der Druck schnell aus. Wie schnell? Die charakteristische Zeitskala dafür ist die Schalldurchlaufzeit des Raumes. Da die Schallgeschwindigkeit Hunderte von Metern pro Sekunde beträgt, dauert es nur einen Bruchteil einer Sekunde, bis Druckunterschiede verschwinden. Dies liegt an Ihrem dritten Punkt, dass Luft vom Hochdruck zum Niederdruck strömt. In der Tat, nur viel schneller als Sie sich vorstellen.

Was passiert also? Die Luft hat überall den gleichen Druck. Temperaturunterschiede werden durch Dichteunterschiede ausgeglichen. (Denken Sie daran, wie heiße Luft aufsteigt - das bedeutet eigentlich, dass Luft mit geringerer Dichte aufsteigt, wenn Drücke und Molekulargewichte gleich sind.) Der Rauch selbst kann auch ein anderes Molekulargewicht haben. Bei all dem fehlt jedoch ein wichtiger Punkt.

Ihre Nase kann sehr geringe Mengen einiger Substanzen aufnehmen. Man muss keine sichtbare Rauchwolke haben, um Rauch riechen zu können. Insbesondere hat die bisherige Analyse die Diffusion vernachlässigt . Selbst wenn sich der Großteil des Rauchs sichtbar in eine Richtung bewegt, können zufällige Bewegungen von Gaspartikeln dazu führen, dass einige verirrte Rauchpartikel in alle verschiedenen Richtungen fliegen.

Formal verbreitet Diffusion in kürzester Zeit eine (unendlich kleine) Menge an Material unendlich weit von der Quelle entfernt. Um zu sehen, ob dies wirklich dazu führen kann, dass der Rauch riecht, müsste man den Diffusionskoeffizienten berechnen (aus den Molekulargewichten und Temperaturen der Substanzen machbar), die Advektionsgeschwindigkeit des Schüttguts beachten (grob messbar oder erraten ) und vergleichen Sie die Menge, die gegen die Masse diffundiert, mit der Empfindlichkeit der Nase einer typischen Person (eine rein biologische Frage, für deren Beantwortung ich nicht geeignet bin).

Die Aussage, dass sich die Drücke auf einer Schallzeitskala schnell ausgleichen, ist nicht genau. In einer strömenden Flüssigkeit, wie der sich aufbauenden natürlichen Konvektionsströmung, unterstützen viskose turbulente Spannungen im Gas die sich entwickelnden Druckgradienten, insbesondere horizontale Gradienten. Diese Druckgradienten treiben den Fluidstrom an. Die Strömung besteht hauptsächlich aus einer kalten Strömung in das Fenster unten und einer heißen Strömung aus dem Fenster oben.
Tatsächlich habe ich einige Abkürzungen genommen und bin von statischen Bedingungen ausgegangen. Zu meiner Verteidigung sind die auftretenden Druckgradienten klein im Vergleich zu dem Fall mit gleicher Dichte, mit dem ich verglichen habe. Sicherlich halten meine Fenster im Winter 1-2 Pfund pro Quadratzoll Druckunterschied nicht zurück.
Ich stimme zu. Die Druckgradienten, die den natürlichen Konvektionsfluss antreiben, wären meines Erachtens ziemlich niedrig.
Wenn ich Rauch aus meinem Fenster blase, kommt dann jemand in mein Zimmer?
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