Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

30 25 20 15 10 5 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 Temperatur in °C Wassergehalt in g/m³ 100 80 60 40 20 % b a 106.1 Die Sättigungsdichte von Wasserdampf nimmt mit steigender Temperatur rasch zu (schwarze Kurve für 100% relative Feuchtig- keit, graue Kurven für geringere rel. Feuchtig- keiten). Die rote Linie (a–b) zeigt beispielhaft, wie ein Luftpaket (40% rel. Feuchtigkeit bei 25 °C) bei adiabatischer Ausdehnung bei 7 °C den Taupunkt erreicht. 106.2 Übersättigter Wasserdampf kondensiert. Er bildet Wassertröpfchen oder Eiskristalle und wird in Form von Wolken sichtbar. Wasser- dampf ist hingegen unsichtbar. Die sichtbaren Dampfschwaden über siedendem Wasser sind Nebel und bestehen aus Wassertröpfchen. 106.3 Flugzeug im Landeanflug. Auf der Flügel- oberseite herrscht Unterdruck. Bei hoher Luft- feuchtigkeit bildet sich durch adiabatische Abkühlung Nebel. 3.4 Die Luftfeuchtigkeit Temperatur, Luftdruck bzw. Luftdruckunterschiede und Luftfeuchtigkeit bestim- men als wichtigste Grundgrößen das Wetter. Durch unterschiedliche Erwärmung der Luft entstehen Druckunterschiede, diese erzeugen Luftströmungen, die Winde. Durch Wasserdampf in der Atmosphäre entstehen Wolken und Niederschläge. Al- lerdings sind für das Wetter weitere Faktoren wie die Rotation der Erde und die Gliederung der Erdoberfläche durch Gebirge und Ebenen, Meere und Seen wichtig. Die Luft der Erdatmosphäre enthält als wichtigste Gase Stickstoff N 2 (ca. 78% ), Sauerstoff O 2 (ca. 21% ), Argon Ar ( 0,9% ), Kohlenstoffdioxid CO 2 ( 0,04% ) und – in wechselnden Mengen – Wasserdampf (bis 0,4% ). Jedes dieser Gase trägt entspre- chend seinem Volumenanteil zum gesamten Luftdruck bei. Ständig verdunstet Wasser aus den Meeren. Dadurch gelangt Wasserdampf in die Atmosphäre und wird durch Wind weiter transportiert. Aus warmen Meeresober- flächen verdampft mehr Wasser als aus kalten. (Der Beitrag von Flüssen und Seen kann kleinräumig wichtig sein.) Wie viel Wasserdampf maximal in der Atmosphäre enthalten sein kann, hängt von der Temperatur ab. Bei hohen Temperaturen kann sie mehr Wasserdampf enthal- ten als bei niedrigen. Die Dampfdichte wird in g/m 3 angegeben. 106.1 zeigt die Sättigungsdichte (Dichte von gesättigtem Wasserdampf) als Funktion der Temperatur. Bei 0 °C beträgt sie ca. 5g/m 3 , d. h. bei 0 °C können in 1m 3 Luft höchstens 5g Wasserdampf enthalten sein. Bei 20 °C sind es ca. 17g/m 3 , und bei 100 °C fast 600g/m 3 . Wenn z. B. durch Abkühlen die Wasserdampfdichte die jeweilige Sättigungsdichte erreicht, enthält die Luft gesättigten Wasserdampf . Der Dampf beginnt zu kon- densieren, er bildet Flüssigkeitströpfchen (Nebel, Wolken, Regen, Tau). Man sagt, dass der Taupunkt erreicht ist. Die tatsächliche Wasserdampfdichte wird als absolute Feuchtigkeit bezeichnet. Meist liegt sie erheblich unter der Sättigungsdichte. Die maximale Menge an Wasserdampf, die Luft bei einer bestimmten Temperatur pro Kubikmeter enthält, heißt Sättigungsdichte . Die Wasserdampfdichte in Luft heißt absolute Feuchtigkeit . Die relative Feuchtigkeit gibt das Verhältnis der absoluten Feuchtigkeit zur Sättigungsdichte in Prozent an. Die Sättigungsdichte und die absolute Feuchtigkeit werden in g/m 3 angegeben. Untersuche, überlege, forsche: Flüssigkeitsverlust 106.1 Nicht nur durch Schwitzen, sondern auch durch Atmen verliert man Wasser, dies besonders im Winter wegen der geringen absoluten Luftfeuchtigkeit bei tiefen Temperaturen. In der Lunge ist die Atemluft bei 37 °C mit Wasserdampf gesättigt (absolute Feuchtigkeit ca. 44g/m 3 ). Bei 0 °C Lufttemperatur beträgt die Sätti- gungsdichte 4,8g/m 3 . Bei 50% relativer Feuchtigkeit beträgt die absolute Luft- feuchtigkeit beim Einatmen bei 0 °C daher 0,5 · 4,8g/m 3 = 2,4g/m 3 . Vergleiche Temperatur und Feuchtigkeit der Atemluft beim Ein- und Ausatmen. Bei intensivem Sport, z. B. Eislaufen oder Snowboarden, atmet man etwa 60 Liter Luft pro Minute ein und aus. E 2 a) Wie viel Wasser verliert man dabei innerhalb einer Stunde? S 2 b) Welche Empfehlung würdest du als Betreuer/in abgeben? Die Feuchtigkeit der Luft hat für unser Wohlbefinden große Bedeutung. Bei zu hoher Luftfeuchtigkeit in Gebäuden kondensiert Wasserdampf an kalten Wänden, an Fenstern, und Leitungsrohren, sie kann zu Schimmelbildung und zu einem un- gesunden Wohnklima führen. Zu geringe Feuchtigkeit lässt – besonders in der Heizperiode – die Atmungsorgane austrocknen. Zu große Feuchtigkeit bei hoher Lufttemperatur empfinden wir als schwül, Schweiß kann nicht mehr verdunsten. Eine relative Luftfeuchtigkeit von 50–60 % wird als angenehm empfunden. 106 WÄRMELEHRE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv