2.4 Die Luftfeuchtigkeit Temperatur, Luftdruck bzw. Luftdruckunterschiede und Luftfeuchtigkeit bestimmen als wichtigste Zustandsgrößen das Wetter. Durch unterschiedliche Erwärmung der Luft entstehen Druckunterschiede, diese erzeugen Luftströmungen, die Winde. Durch Wasserdampf in der Atmosphäre entstehen Wolken und Niederschläge. Allerdings 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 N2 (ca. 78 %), Sauerstoff O2 (ca. 21 %), Argon Ar (0,9 %), Kohlenstoffdioxid CO2 (0,04%) und – in wechselnden Mengen – Wasserdampf (bis 0,4 %). Jedes dieser Gase trägt entsprechend 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 Meeresoberflächen verdampft mehr Wasser als aus kalten. Der Beitrag von Flüssen und Seen kann lokal wichtig sein. Die Menge von Wasserdampf in der Luft wird als Dichte in g/m3 angegeben und wird absolute Luftfeuchtigkeit genannt. Die maximale Menge Wasserdampf in der Atmosphäre nimmt mit der Temperatur zu. Die temperaturabhängige maximale Dampfdichte wird Sättigungsdichte genannt, mehr Wasserdampf kann in der Luft nicht vorhanden sein. 111.1 zeigt die Sättigungsdichte (maximale absolute Luftfeuchtigkeit) als Funktion der Temperatur. Bei 0 °C beträgt sie ca. 5 g/m3, d. h. bei 0 °C können in 1 m3 Luft höchstens 5 g Wasserdampf enthalten sein. Bei 20 °C sind es ca. 17 g/m3, und bei 100 °C fast 600 g/m3. Wenn z. B. durch Abkühlen die absolute Luftfeuchtigkeit die Sättigungsdichte erreicht, beginnt der Dampf zu kondensieren (111.2), der Taupunkt ist erreicht. Es bilden sich winzige flüssige Tröpfchen (Nebel, Wolken, Tau). Die relative Feuchtigkeit sagt uns in Prozenten, wie groß die absolute Feuchtigkeit im Vergleich zur Sättigungsdichte ist. Sie spielt in der Wettervorhersage und beim Raumklima in Gebäuden eine wichtige Rolle. Die Sättigungsdichte und die absolute Feuchtigkeit werden in g/m3 angegeben. 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. Untersuche, überlege, forsche: Flüssigkeitsverlust 111.1 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. 44 g/m3). Bei 0 °C Lufttemperatur beträgt die Sättigungsdichte 4,8g/m3. Bei 50 % relativer Feuchtigkeit beträgt die absolute Luftfeuchtigkeit beim Einatmen bei 0 °C daher 0,5·4,8 g/m3= 2,4 g/m3. 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. W4 a) Ermittle den Wasserverlust innerhalb einer Stunde. S4 b) Diskutiere, was man beim Sport bei kaltem Wetter beachten sollte. 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. Das kann zu Schimmelbildung und zu einem ungesunden 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. 111.1 Die Sättigungsdichte von Wasserdampf nimmt mit steigender Temperatur rasch zu (links außen die Kurve für 100 % relative Feuchtigkeit, rechts davon die Kurven für rel. Feuchtigkeiten von 20 %, 40 %, …). Die rote Linie (a–b) zeigt beispielhaft, wie sich ein Warmluftpaket (25 °C, 40 % rel. Luftfeuchtigkeit) beim Aufsteigen vom Erdboden abkühlt und bei 7 °C die Sättigungsdichte (100 %) erreicht. Nun beginnen Kondensation des Wasserdampfs und Wolkenbildung. 30 25 20 15 10 5 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 Relative Luftfeuchtigkeit (%) Absolute Luftfeuchtigkeit in g/m³ 100 80 60 40 20 b a Temperatur (°C) 111.2 Übersättigter Wasserdampf kondensiert. Er bildet Wassertröpfchen oder Eiskristalle und wird in Form von Wolken sichtbar. Wasserdampf ist hingegen unsichtbar. Die sichtbaren Dampfschwaden über siedendem Wasser sind Nebel und bestehen aus Wassertröpfchen. 111.3 Flugzeug im Landeanflug. Nebelbildung oberhalb der Tragflächen tritt bei hoher Luftfeuchtigkeit auf. Im Flug lenken die Flügel Luft nach unten, unter den Flügeln wird dadurch Luft komprimiert (erhöhter Luftdruck). An der Flügeloberseite herrscht Unterdruck, die Luft dehnt sich schlagartig aus und wird plötzlich kalt. Beim Unterschreiten des Taupunkts beginnt die Nebelbildung. 111.4 Wer eine Brille braucht, kennt das Problem einer „beschlagenen Brille“. Warum verstärkt die Maske das Problem? 111 Thermodynamik 2 Phasenübergänge Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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