Frage zu aufsteigender Wärme in Röhre unter Bedingungen

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

kleines Gedankenexperiment zum mit-(=für mich)denken:

Annahme: Eine senkrechte Röhre, unten und oben offen, die am unteren Ende mit einer Wärmequelle und daher wärmer als oben.

Folge: Die Luft steigt nach oben.

Annahme2: Die selbe Röhre, unten warm, oben kühl. Aber mit dem Unterschied, dass es in der Mitte kälter ist als oben. Also unten=kühl, mitte=kalt, oben=warm.

Frage: Was passiert dann? Steigt die Luft von ganz unten noch immer nach oben oder bricht der Zustrom von unten ab, weil die Luft mittig abgekühlt wird?

In meiner Laienhaftigkeit schwanke ich zwischen der einen Vermutung, dass es abhängt von den einzelnen Temperaturen und der, dass der Schub von unten genügt um die mittlere Abkühlung zu überwinden. Oder einer Mischung? Wie kann man sowas berechnen?

Danke schonmal, Gruss!

#2

Wie man sowas genau berechnen könnte, weiß ich jetzt auch nicht. Aber was offensichtlich ist: Die Luft steigt deshalb auf, weil sie warm ist. Wenn sie also in der Mitte ist, wo es sehr kalt ist, wird sie erstmal weiter aufsteigen, solange sie noch nicht zu sehr abgeküglt wurde. Nur, wenn die Temperatur in der Mitte gering genug ist bzw. die Temperatur unten nicht so hoch ist, wird die Luft aufhören zu steigen, da sie sich abgekühlt hat. Es kommt also durchaus auf das Temperaturgefälle zwischen Unten und Mitte ab, sowie auf die Länge des Rohres.
Aber es spielt noch ein Faktor hinein: Der Druck der von unten aufsteigenden Luft, der die Luft in der Mitte weiter nach oben schiebt, selbst wenn diese ansonsten nicht weiter aufteigen würde. Auch dieser Druck ist abhängig von den Temperaturen…
Es spielen, so wie ich das sehe, mehrere verschiedene Faktoren rein und es hängt stark von den Beträgen bzw. zumindest von den Verhältnissen der Temperaturen zueinander ab. Daher kann man keine pauschale Antwort geben und auch das Aufstellen einer mathematischen Formulierung wird nicht trivial sein.

Mehr weiß ich leider auch nicht, tut mir leid. Thermik kommt erst später im Studium :wink:

#3

Folge: Die Luft steigt nach oben.

Die Luft steigt nur nach oben, wenn unten ein Nachmieter einzieht. Du brauchst also ein offenes System, in dem alles, was in der Röhre aufsteigt, ausserhalb derselben auch wieder fallen kann.

In diesem Kreislauf mögen künstliche Kältequellen zu hochgezogenen Augenbrauen führen -das Gas steigt in der Röhre unbeirrt dorthin, wo es sich entfalten kann. Unten kälter, oben wärmer, zwischendrin egal. Sollte deine Kältequelle jedoch dominieren, dreht das Gas grad um. Genau das gleiche, nix geändert, bloß anderes Vorzeichen.

Gruß

#4

Das zweite, was ich geschrieben habe („Aber es spielt noch ein Faktor hinein: Der Druck der von unten aufsteigenden Luft…“), ist natürlich Schwachsinn. Das ist kein weiterer Faktor, sondern der eigentliche Antrieb, das warme Luft aufsteigt, weil diese sich eben ausdehnt und sich dadurch nach oben drückt.
Wie gesagt, ich kenne mich damit zu wenig aus. Vielleicht hätte ich mir meine Antwort sparen sollen.

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#5

Hallo,

Frage: Was passiert dann? Steigt die Luft von ganz unten noch
immer nach oben oder bricht der Zustrom von unten ab, weil die
Luft mittig abgekühlt wird?

gibt’s schon in ganz großem Stil, nennt man ‚Inversionswetterlage‘: http://de.wikipedia.org/wiki/Inversionswetterlage
Und da steht auch, was dann passiert.
Gruß
testare_

#6

Hallo rambule,

kleines Gedankenexperiment zum mit-(=für mich)denken:

Annahme: Eine senkrechte Röhre, unten und oben offen, die am
unteren Ende mit einer Wärmequelle und daher wärmer als oben.

Folge: Die Luft steigt nach oben.

da musst du dir normalerweise keine Gedanken machen, Warmes steigt nach oben. Aber wenn du auf Feinheiten hinaus willst, dann musst du dir schon genau klar machen, was Auftrieb ist.

Nehmen wir mal 2 Luftpakete in gleicher Höhe. Das eine, eine Blase ist allerdings doppelt so heiß wie die Umgebung, also halb so schwer. Dann ist der Druckunterschied zwischen oben und unten, durch die Massen im Einfluss der Schwerkraft bedingt, in der warmen Blase nur halb so groß wie im kalten Umfeld. Im oberen Teil der Blase herrscht also Überdruck, im unteren Unterdruck, relativ zur Umgebung. Also „drückt“ die Blase nach oben.

Ob das jetzt didaktisch geschickt war, kannst du entscheiden.

Annahme2:
…
In meiner Laienhaftigkeit

In ähnlicher Laienhaftigkeit kann ich dir nur entgegnen, dass sowas nur berechnet werden kann und im Zweifelsfall auch muss. Jeder Höhenzentimeter, gewichtet nach der Temperaturabweichung gegenüber der Umgebung, muss einzeln berechnet werden. Und die Summe über die Gesamtlänge des Rohres ergibt einen Auf- oder Abtrieb.

So leid’s mir tut, so isses, Zoelomat