Meteorologie. Hans Häckel

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СКАЧАТЬ der Luft schweben: Es ist Nebel entstanden. Der Taupunkt wurde ebenfalls unterschritten, wenn ein Glas mit kühlem Bier beschlägt, wenn die Wasserleitung oder die kühle Fensterscheibe anläuft. Aus dem gleichen Grund beschlägt auch eine Brille – aber nur, wenn man bei kaltem Wetter in ein geheiztes Haus tritt, nicht jedoch wenn man aus dem Haus ins Freie geht. Die Raumluft enthält viel Wasserdampf, der an den kalten Gläsern kondensiert.

      Ein ähnlicher Vorgang läuft ab, nur eben bei Temperaturen unter 0 °C, wenn sich am Fenster Eisblumen bilden oder der Vergaser im Auto und der Verdampfer im Kühlschrank vereisen. Auch die bekannte Tatsache, dass unverpacktes Kühlgut rasch austrocknet, geht darauf zurück. Dadurch, dass Wasserdampf an den Kühlschlangen kondensiert, kommt es in der Kühlschrankluft zu einem Defizit, und die eingelagerten Waren geben ihr Wasser an die Luft ab. Bei der Gefriertrocknung wird dieser Vorgang systematisch zum Wasserentzug angewendet. Dort erwärmt man das Trocknungsgut sogar noch, um eine schnellere Wasserabgabe zu erreichen.

      Der Taupunkt spielt beim Raumklima eine wichtige Rolle als bauphysikalische Größe. Wird an Wänden, Decken oder Böden der sich aus der Raumluftfeuchte ergebende Taupunkt unterschritten, so kommt es zur Kondensation von Wasserdampf mit nachfolgender Schimmelbildung. 54

      Ursachen dafür können sein:

       zu geringe Wärmeisolierung der Mauern etc., die die Temperatur an deren Innenseite entsprechend tief absinken lässt;

       schlechte Lüftung insbesondere bei Räumen mit erhöhtem Feuchtigkeitsanfall, wie z. B. Küchen oder Bäder;

       zu langes Lüften im Winter, insbesondere nachts. Dadurch sinkt die Lufttemperatur und mit ihr die Temperatur der Mauerinnenseiten;

       Vorgang c) spielt sich oft in schwach geheizten Räumen ab z. B. Schlafzimmern. Zusätzlich wird dort der Taupunkt durch den Wasserdampf angehoben, der über die ausgeatmete Luft freigesetzt wird.

      Eine wichtige Rolle können Kondensationsvorgänge im Überseeverkehr spielen. Wird ein Schiff beispielsweise in tropischen Breiten bei hohem Wasserdampfgehalt und hoher Temperatur mit Naturprodukten beladen, die in kühlere Regionen verschifft werden sollen, so kann es während des Transportes bei unzureichender Lüftung zur Kondensation kommen. Dadurch wird das Transportgut feucht und schimmlig. Diese Gefahr besteht insbesondere bei fest verschlossenen Containern. Auch bei Fahrten in umgekehrter Richtung, also von kühlen Regionen in feuchtheiße Tropen kann es zu empfindlichen Schäden kommen. Der Grund dafür liegt in der thermischen Trägheit der Schiffsladung. Bei schneller Fahrt kann das Schiff bereits das heiße Tropenklima mit hoher Luftfeuchtigkeit erreicht haben, während sich die Ladung noch kaum über die Temperatur der kühlen Ausgangsregion erwärmt hat. Bleibt die Temperatur der Ladung unter der Taupunkttemperatur der tropischen Umgebungsluft, so ist klar, was passiert: Der Wasserdampf kondensiert aus und schlägt sich am kühlen Ladegut nieder. Das kann an feuchteempfindlichen Waren zu schweren Schäden führen. So kommt es bei Metallen zu Korrosion; Zucker und Mehl verkleben und Zement bindet ab. An Konservendosen entstehen Roststellen und ihre Etiketten werden schimmlig oder fallen ab.

      Die damit zusammenhängenden Probleme haben zur Gründung eines eigenen Wissenschaftszweiges, der Laderaum-Meteorologie, geführt (Puls und Cuno 1977, Zöllner 1984, Puls 1986).

      Erfolgt die Kondensation von Wasserdampf auf einer Eisoberfläche, so spricht man von Resublimation. Der umgekehrte Vorgang (Eis r Luft) heißt Sublimation.

      Dampfdruck

      Ein wichtiges physikalisches Gesetz, das nach seinem Entdecker „Daltonsches Gesetz“ genannt wird, befasst sich mit dem Druck in Gasgemischen. Es besagt: „Jedes Gas aus einem Gasgemisch übt einen Teildruck aus. Dabei verhält es sich so, als ob die anderen Gase überhaupt nicht vorhanden wären, ihm also der gesamte Raum alleine zur Verfügung stehen würde. Der Gesamtdruck im Gasgemisch ist die Summe der einzelnen Teildrücke“.

      Bekannte Persönlichkeiten

      Dalton, John; Chemiker, Physiker und Meteorologe * 5. oder 6.9.1766 in Eaglesfield; † 27.7.1844 in Manchester; Privatgelehrter; Hauptarbeitsgebiete: Thermodynamik der Gase, Messtechnik, physikalische Chemie.

      Auf die Atmosphäre übertragen bedeutet das: Jedes Gas in der Atmosphäre übt auf die Erdoberfläche einen individuellen, durch sein Gewicht verursachten Teildruck des Luftdruckes aus. Der gesamte Luftdruck setzt sich demnach zusammen aus: einem Teildruck, der auf den Stickstoff zurückgeht, einem, der vom Sauerstoff verursacht wird usw. Einer dieser Teildrücke stammt von dem in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampf. Er wird als „Dampfdruck“ bezeichnet.

      Der Dampfdruck eignet sich sehr gut zur Angabe des Wasserdampfgehaltes der Luft und ist deshalb zu einem häufig benutzen Feuchtemaß geworden. In Formeln wird für ihn das Zeichen „e“ verwendet. Seine Einheit ist das Millibar (mbar).

      Gemessen am Gesamtluftdruck (im Mittel 1 013 mbar auf Meeresniveau; → S. 33) ist der Dampfdruck sehr klein. Er kann Werte zwischen wenig über 0 mbar bis bestenfalls 40 mbar annehmen. Sein Tagesmittel beträgt in Zentraleuropa im Sommer 15 mbar und im Winter 5 mbar; die Spitzenwerte liegen bei uns um 20 mbar. 55

2.1.2Sättigungsdampfdruck

      Bei der Diskussion der Frage, warum nur ein Teil der Himmelskörper Atmosphären besitzt, ein anderer dagegen nicht, waren wir auf die „Kinetische Gastheorie“ gestoßen. Sie gilt in ähnlicher Form auch für Flüssigkeiten. So kann man sagen, dass sich auch im flüssigen Wasser die einzelnen Wassermoleküle (streng genommen: die Wassercluster; → S. 68) sehr heftig auf unregelmäßigen Bahnen bewegen. Dabei wird es insbesondere den schnelleren unter ihnen gelingen, sich aus den Fängen der zwischen den Molekülen bestehenden Anziehungskräfte (→ S. 15) zu befreien, die Wasseroberfläche zu durchzustoßen und ins Freie zu entkommen.

      Ein außenstehender Betrachter, der von den molekularen Vorgängen nichts weiß, würde den Vorgang sicher wie folgt interpretieren: Im Inneren des flüssigen Wassers existiert ein Druck, der ständig Wassermoleküle durch die Oberfläche herauspresst. Wir wollen dieser sehr anschaulichen Deutung folgen, und bezeichnen diesen Scheindruck im Innern des flüssigen Wassers als „Sättigungsdampfdruck“. Als Formelzeichen für den Sättigungsdampfdruck verwenden wir das „E“, seine Einheit ist – wie üblich – das mbar.

      Wie wir wissen, wird die Molekularbewegung mit steigender Temperatur immer heftiger. Da wir den Sättigungsdampfdruck als eine Folge aus der Molekularbewegung deuten, heißt das: Mit steigender Temperatur wächst auch der Sättigungsdampfdruck.

      Tabelle 2.2 zeigt seine Abhängigkeit von der Temperatur. Man sieht, dass der Sättigungsdampfdruck von 6,11 mbar bei 0 °C exponentiell auf über 42,49 mbar bei 30 °C ansteigt. Er verhält sich also ganz ähnlich wie die Sättigungsfeuchte.

Tab. 2.2 Sättigungsdampfdruck (mbar) über einer ebenen Wasser- bzw. Eisoberfläche in Abhängigkeit von der Temperatur
Temperatur in °C	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
über Eis!
– 30	0,38	0,34	0,31	0,28	0,25	0,22	0,20	0,18	0,16	0,14
– 20	1,03	0,94	0,85	0,77	0,70	0,63	0,57	0,52	0,47	0,42
– 10	2,60	2,38	2,17	1,98	1,81	1,65	1,51	1,37	1,25	1,14
0	6,11	5,62	5,17	4,76	4,37	4,01	3,68	3,38	3,10	2,84
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