Der physikalische Hintergrund: Differenzielle Erwärmung

Aus dem Alltag ist klar, dass ein Kochtopf mit Wasser auf dem Herd eine gewisse Zeit benötigt, bis dieses zu Kochen beginnt. Die genaue Dauer ist logischerweise von der Leistung des Herdes abhängig, aber auch von der sogenannten Wärmekapazität des Wassers. Diese gibt an wie viel Energie benötigt wird um diese Menge Wasser zu erwärmen. Im Fall von (destilliertem) Wasser beträgt dieser Wert c_p=4200 J/(kg⋅K). Verglichen mit anderen Materialien ist dies relativ hoch. Die Auswirkungen von unterschiedlichen Wärmekapazitäten wird in folgendem Gedankenexperiment behandelt:

Auf einem Herd werden zwei unterschiedliche Materialien getrennt voneinander aber gleichzeitig und auf selber Stufe erwärmt. Obwohl die Herdplatte an beide Stoffe gleich viel Energie abgibt, erwärmt sich jenes Material mit der geringeren spezifischen Wärmekapazität schneller. Bei der Abkühlung liegt genau der umgekehrte Fall vor. Das Material mit geringerer spezifischer Wärmekapazität kühlt wesentlich schneller aus.

Entstehung von Landwind und Seewind

In Küstennähe lässt sich dieses Gedankenexperiment in die Praxis umsetzen. Als unterschiedliche Materialien finden wir dort auf der einen Seite Wasser und auf der anderen Seite Land. Anstelle des Herdes springt nun die Strahlung der Sonne als Energiequelle ein. Durch die niedrigere spezifische Wärmekapazität der Landmasse erwärmt sich diese und die darüber liegende Luft schneller als die Wasseroberfläche. Ähnlich wie bei einer Kerze steigt nun die wärmere und somit weniger dichte (umgangssprachlich auch als leichter bezeichnete) Luft auf. Um diesen aufwärtsgerichteten Luftstrom auszugleichen, fließt von der Wasseroberfläche her kühlere Luft nach. Es entsteht ein Wind der von der Wasseroberfläche in Richtung der Landmasse bläst und somit „auflandiger Wind“ oder „Seewind“ genannt wird. Nachts dreht sich dieses Phänomen um. Es kühlt nun die Landmasse schneller aus als das Wasser, wodurch die wärmere Luft über dem Wasser aufzusteigen beginnt. Es weht nun der Wind vom Land aufs Wasser, was zu einem sogenannten „ablandigen Wind“ oder „Landwind“ führt. In einigen hundert Metern Höhe bläst der Wind immer in die exakt andere Richtung um die Strömung in Bodennähe auszugleichen. Bei aufsteigender Luft bildet sich immer ein lokales Bodentief aus, während absinkende Luft zu lokal höherem Bodendruck führt.

Artikel erschienen am    27. November 2018  | 

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