Physik Forum

[Johann Mayer]

Ich habe zwei Fragen die beide irgendwie zusammenhängen. die ich mir schon lange stelle, aber keine Antwort darauf finde:

1. Um die Erde herum ist das Weltalll in dem Vakuum herrscht, es dürfte so gut wie keine Materie im Vakuum enthalten sein die Wärme leiten kann.
Reden wir nur von der reinen IR Strahlung die von der Sonne kommt, wenn die Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche trifft wird diese kontinuierlich aufwärmt. Es müsste ein Grossteil der IR Strahlung absorbiert werden, schon in der Luft und dann auf der Erdoberfläche, nur ein geringer Teil würde reflektiert werden. Wieso kommt es dann nicht zu einer Überhitzung der Erde?


2. Warme Luft steigt auf. Wenn sie aber frei weiter aufsteigen kann wird sie kälter. Sonst wäre in 5 Km Höhe die Luft ja warm und nicht kalt. Was kühlt die Luft also aus? (und in was wird die Wärmeenergie umgewandelt?)
Je höher, desto geringer die Dichte der Luft, also weniger Material pro Volumen, das müsste doch schlechter leiten als dichte Luft! Wenn man nahe Weltall kommt, wird die Luft irgendwann komplett leer und ist Vakuum. Ich stelle mir vor dass die Gravitation die Materie in der Luft daran hindert in das Vakuum des Alls zu fliegen, aber da Vakuum so gut isoliert habe ich ein Problem das ich nicht lösen kann.

Ich bin sicher ich habe einen Denkfehler weil ich einfach nicht drauf komme.

[Fritz]

Hallo

Du vergisst bei deinen Überlegungen den wichtigsten Mechanismus der Wärmeübertragung, der hier eine Rolle spielt: Wärmestrahlung.

Zu 1: stimmt fast. Die Leistung die von der Sonne auf die Erde abgestrahlt wird besteht fast ausschließlich aus Wärmestrahlung (bzw. Licht). Außerdem gibt es noch den Sonnenwind, der aus schnellen Teilchen besteht, die von der Sonne weg geschleudert werden. Der dürfte aber nur einen eher geringen Anteil der Leistung ausmachen.

Die Erde wird also auf ihrer projizierten Fläche (ein Kreis) mit der sog. Solarkonstante=1.367kW/m² von der Sonne bestrahlt.

Außerdem strahlt sie aber mit ihrer ganzen Kugeloberfläche selbst Wärme ins Weltall ab!

Wenn man diese Wärmeströme bilanziert gelangt man zu einer Temperatur bei der sich ein Gleichgewicht einstellt, diese liegt wenn ich mich richtig erinnere bei etwas unter 250K. Es wäre also ziemlich kalt auf der Erde.


Doch zum Glück gibt es noch den Treibhaus-Effekt und das bringt uns zu Frage 2:

Die obige Überlegung ging ja davon aus die Erde als idealen schwarzen Strahler zu betrachten. Doch es gibt ja noch die Atmosphäre. Treibhausgase in der Atmosphäre wirken wie ein IR-Filter. D.h. sie sind quasi durchsichtig für sichtbares Licht, aber absorbieren Wärmestrahlung bzw. IR.

Das Licht das von der Sonne einfällt hat sein Intensitätsmaximum bei etwa 400nm, das ist grünes Licht. (deshalb hat uns wohl die Evolution ein Auge beschafft, das für grün am empfindlichsten ist). Dieses sichtbare Licht gelangt nun fast ungehindert auf die Erdoberfläche und wird dort absorbiert. Die Erdoberfläche heizt sich auf und strahlt Wärme wieder ab. Diese wird aber zum Teil von der Atmosphäre absorbiert, die ihrerseits wieder Wärme abstrahlt, ein Teil davon geht wieder zurück zur Erdoberfläche. In Summe muss aber wieder die gleiche Leistung abgestrahlt werden, deshalb stellt sich nun ein neues Gleichgewicht ein, das bei der Temperatur liegt, die wir kennen. Das ist der Treibhaus-Effekt.

Die Wärmeleitung spielt in der Atmosphäre aber kaum eine Rolle. In Wirklichkeit ist die Sache natürlich etwas komplizierter. Das verrät schon ein Blick auf die Diagramme in diesem Artikel:
http://de.wikipedia.org/wiki/Erdatmosph%C3%A4re

Die Temperatur zb. steigt für große Höhen extrem an! In dieser Höhe hat das aber kaum mehr eine Bedeutung, da es dort praktisch keine Luft mehr gibt.

Die Atmosphäre hat ihr eigenes sehr kompliziertes System, das sicher noch viel Forschungsspielraum lässt.

mfg Fritz

[DrStupid]