Luchttemperatuur en convectie.

Rens stelde deze vraag op 24 september 2022 om 21:20.

Dag, 

Warme lucht heeft een kleinere dichtheid dan koude lucht. 
En toch is het op ooghoogte niet ijskoud vanwege convectie. 
Ik zou juist denken dat als koude lucht begint te zakken vanwege de hogere dichtheid, dat dit effect steeds sterker wordt?
Hoe kan het dus dat niet alle warmte vlak bij de aarde gelijk naar boven wordt gedrukt?



Reacties

Jan van de Velde op 24 september 2022 om 21:33
Dag Rens,

het verschijnsel wat jij noemt betekent niet dat de warmte als aangetrokken door een soort magische kracht zich tegen het plafond verzamelt zodat er voor de rest van de kamer nagenoeg niks overblijft. 

En wat vooral niet gebeurt is dat iets kouds warmte kwijtraakt aan iets warmers. "Kou" bestaat niet, en warmte kan alleen stromen van iets met hogere temperatuur naar iets met lagere temperatuur. Water stroomt ook niet tegen de berg op. 

Dus stel je hebt een kamer met lucht aan 20oC, dan is dat niet even later 21 aan het plafond en 19 op de vloer, laat staan nog later 22 en 18, enzovoort. Er zijn een paar harde natuurwetten die dat verbieden. 

Hoe kan het dus dat ....

 die vraag is dus gebaseerd op verkeerde waarneming, of op verkeerde interpretatie van waarnemingen. 

Groet, Jan

Rens op 24 september 2022 om 22:05
Hoi Jan, 

Ik snap dat temperatuur gelijk staat aan de gemiddelde kinetische energie van moleculen.

Maar de temperatuur daalt ongeveer met +-6 graden per stijging van 1km hoogte.
Dus stel het is nul graden op zeeniveau, dan is het -12 op 2km hoogte. Nu weer terug naar mijn vraag. Stel dat die koudere lucht zakt vanwege de verhouding massa/volume. Dan krijg je toch dat steeds meer koudere lucht begint te zakken omdat dit proces zichzelf versterkt? Dus een luchtkolom van 2km hoogte met een temperatuur van -12 is vele malen zwaarder op zeeniveau, dan de omringende lucht van nul graden. Ik zou dan denken dat die luchtstroom(wind/convectie) continu zou blijven doorgaan.
Ik hoop dat u begrijpt wat ik bedoel. 

Groet Rens
Jan van de Velde op 24 september 2022 om 22:37
dag Rens,

Of lucht stijgt of daalt is geen kwestie van temperatuur, maar van dichtheid relatief aan de directe omgeving. 

Op een zonnige dag zal lucht boven een stad harder opwarmen, en dus uitzetten, dan de lucht van het platteland rondom de stad. De stadslucht gaat dus (op)drijven doordat ze een geringere dichtheid heeft dan de lucht rondom, en frissere lucht van het omringende platteland trekt over de grond naar de stad.  

En dan gebeurt er iets dat op het eerste gezicht gek is,  maar dat overigens prima natuurkundig verklaarbaar is. In een kamer merk je dat nauwelijks, maar in een groot systeem als de atmosfeer wel.
  • Ook in een totaal stille atmosfeer neemt de druk af naarmate je hoger komt, stomweg omdat er minder lucht boven zit die door zwaartekracht naar beneden getrokken wordt, en daardoor op lagere luchtlagen drukt. 
  • Doordat onze opstijgende luchtbel naarmate ze stijgt dus minder tegendruk ondervindt kan ze uitzetten (expanderen).
  • Expanderend gas koelt af. **

Wat begon als een hoeveelheid lucht van 20oC aan het aardoppervlak is door expansie tijdens het opstijgen een kilometer hoger al afgekoeld tot ca 14oC. 
Die lucht gaat daardoor niet dalen, want ze is nog steeds een beetje warmer dan - en heeft dus nog steeds een beetje geringere dichtheid dan - de lucht die zich al op een kilometer hoogte bevond. En die stijgt dus gewoon verder, expandeert ook verder, enz. 

Op grote hoogte is de lucht weliswaar ijskoud, maar door de lage druk daar heeft dat ook een lagere dichtheid dan de lucht daaronder en dus heeft dat niet de neiging om zomaar naar beneden te gaan stromen. 

Groet, Jan

** Pak je fietspompje vlak bij de uitlaat vast, pomp terwijl je de uitlaat belemmert zodat je elke slag de lucht tot hoge druk samenperst. Je zult voelen dat je pompje na een slag of 10-20 voelbaar warm wordt. Je oefent namelijk een arbeid uit op het gas, en dat betekent een toenemende inwendige energie.
Andersom, laat je een gas expanderen dan oefent dat gas een arbeid uit op zijn omgeving, en die energie moet ergens vandaan komen. Inderdaad, het gas koelt af. 
Rens op 24 september 2022 om 23:07
Nu snap ik het. Bedankt voor de heldere uitleg!

Beste groet, 

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Ariane heeft negenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)