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Veröffentlicht am 2014-04-19 15:55:59 in /w/

/w/ 14425: Das Bild zeigt die Temperatur der Erdatmosphäre in...

bighanddesign Avatar
bighanddesign:#14425

Das Bild zeigt die Temperatur der Erdatmosphäre in Abhängigkeit von der Höhe über dem Boden.

Mag Physikbernd mir erklären warum es "da oben" so warm ist?

fffabs Avatar
fffabs:#14426

Im Ernst, OP?
Du pfostierst hier ein Bild aus der Wikipedia, schaffst es aber nicht die entsprechenden Artikel zu lesen?
Nicht die persönlicher Physik-Nachhilfelehrer.

aadesh Avatar
aadesh:#14427

>>14426
Nicht-OP hier. Ich hab mir den Wikipedia Artikel durchgelesen und es auch nicht verstanden. Mal ehrlich Bernd, komm mal von Deinem hohen Ross herunter, hier ist nicht /b/. Wenn Du es weißt, dann lass OP und mich an dem reichhaltigen Fundus Deines Wissens teilhaben.

pf_creative Avatar
pf_creative:#14428

>>14427
Na ja, ganz Unrecht hat >>14426 nicht. Wenn man in den Artikel zur Thermosphäre guckt, kann man lesen, dass v.a. hochenergetische Strahlung der Sonne zu den hohen Temperaturen führt.

Außerdem, Bernd, Temperatur ist nicht das, was man am Thermometer abliest.

iamgarth Avatar
iamgarth:#14429

>>14428

Und wenn man in den Artikel zur Erdatmosphäre schaut, sieht man keine Erklärung.

adewaleolaore Avatar
adewaleolaore:#14430

>>14429
Ein bisschen mitdenken muss man leider schon.

necodymiconer Avatar
necodymiconer:#14431

Jedes Molekül absorbiert einen anderen Wellenlängenbereich. In der Thermossphäre befinden sich Moleküle, die hauptsächlich Wellenlängen kleiner als 170 nm absorbieren. D.h. in niedrigeren Höhen kommt weniger Energie an und kann damit nicht so stark erhitzt werden, wie die höheren.
Würde das gesamte Licht schon "oben" absorbiert werden und hier unten wäre es dunkel. Zum Glück ist das nicht so und das ganze hat den guten Effekt, dass wir Licht zum Sehen haben und nicht gleichzeitig von der Sonne gegrillt werden.

Das ist hauptsächlich das, was hier steht:
http://de.wikipedia.org/wiki/Thermosphäre#Solare_XUV-Strahlung

coreyhaggard Avatar
coreyhaggard:#14436

Hab die ganzen Artikel und so nicht gelesen, aber haben die großen Temperaturen nicht auch mit der geringen Dichte zu tun? Durch die geringe Dichte gibt es weniger Möglichkeit die Energie durch Stöße abzugeben, die Moleküle absorbieren immer weiter Strahlung und können diese nur sehr schlecht wieder abgeben, wie es in dichteren Schichten möglich wäre.
Das Konzept der Temperatur wird da meiner Meinung nach auch etwas unintuitiv, wenn man allerdings bedenkt, dass Temperatur die Durchschnittsenergie pro Teilchen ist, dann macht das ganze etwas mehr Sinn.

stayuber Avatar
stayuber:#14437

>>14436
> Hab die ganzen Artikel und so nicht gelesen

rangafangs Avatar
rangafangs:#14438

>>14436
>die Energie durch Stöße abzugeben
Wohin denn? Selbst wenn die Energie durch Stöße abgegeben wird, ist die mittlere Energie pro Teilchen gleich.

>Das Konzept der Temperatur wird da meiner Meinung nach auch etwas unintuitiv
Was ist denn deiner Meinung nach das Konzept von Temperatur, wenn nicht die mittlere Teilchenenergie (mal Vorfaktor)?

jeremyworboys Avatar
jeremyworboys:#14439

>>14438
>Was ist denn deiner Meinung nach das Konzept von Temperatur, wenn nicht die mittlere Teilchenenergie (mal Vorfaktor)?
Ich habe exakt dies geschrieben, wenn man genau liest:
>wenn man allerdings bedenkt, dass Temperatur die Durchschnittsenergie pro Teilchen ist,

>Was ist denn deiner Meinung nach das Konzept von Temperatur,
Eine Raum der sonst ein vollständiges Vakuum ist mit einem einzelnen Atom in der Mitte, das eine Energie hat, was 30°C entspricht. Nun kann man für den gesamten Raum sagen, dass er 30°C warm ist.
Das würde ich unintuitiv nennen.

>Wohin denn? Selbst wenn die Energie durch Stöße abgegeben wird, ist die mittlere Energie pro Teilchen gleich.
In kältere Schichten, weiter unten. Das war auch eher als Frage und vielleicht etwas unglücklich formuliert.
Das Erstaunliche an diesem Graph sind ja nicht die hohen Temperaturen, sondern dass einerseits die Temperatur ganz kontinuierlich ansteigt und dann plötzlich auf kurzem Höhenunterschied explodiert und einem konstanten Wert entgegenläuft. Warum wird es plötzlich so heiß und warum wird es nicht heißer?

Ich wollte die Aufmerksamkeit des Fadens dahinlenken, dass die Wäremeübertragungswege auch beachtet werden sollte, die ja ihre Wichtigkeit verändern mit zunehmender Höhe und geringerer Dichte.
Wie werden Konvektion, Leitung und Wäremestrahlung durch die geringe Dichte beeinflusst? Ich kann es nicht genau sagen, denke aber, dass man dies für eine Erklärung des Graphen braucht.

Eine Überlegung ist, dass ab einer bestimmten Dichte Leitung und Konvektion keine Rolle mehr spielen und nur noch Wärmestrahlung maßgeblich für den Energieabtranport ist, also dass die Schicht in einem Strahlungsgleichgewicht ist, das würde auch die nach weiter oben konstante Temperatur erklären. Es ist aber nur eine Vermutung.

melvindidit Avatar
melvindidit:#14440

>>14439
> dass Temperatur die Durchschnittsenergie pro Teilchen ist
> mit einem einzelnen Atom in der Mitte
> Durchschnittsenergie pro Teilchen
> einzelnen Atom
Kein Wunder, dass das unintuitiv ist ... bist du derselbe Bernd wie aus dem anderen Faden letztens?

jamesmbickerton Avatar
jamesmbickerton:#14441

weil man näher an der sonne ist, logischerweise

vicivadeline Avatar
vicivadeline:#14442

>>14440
>bist du derselbe Bernd wie aus dem anderen Faden letztens?
Wat? Ich denke nicht, aber ich hab keine Ahnung, worauf du dich beziehst.

>Kein Wunder, dass das unintuitiv ist
Da hab ich den Abschnitt etwas missverständlich dargestellt, ich wollte nicht damit sagen, dass das mein Konzept ist, sondern ein Beispiel geben, wann der Begriff Temperatur unintuitiv wird, also deutlich von der Alltagsvorstellung von Temperatur abweicht.
Oder wie war deine Kritik gemeint?

joshjoshmatson Avatar
joshjoshmatson:#14443

>>14441
>weil man näher an der sonne ist,
Die Sonne ist aber kalt.

jeremyworboys Avatar
jeremyworboys:#14444

>>14442
Na ja, bei einem einzelnen Teilchen wird halt sowieso niemand von Temperatur sprechen, weil sie da einfach nicht definiert ist. Deswegen hinkt der Vergleich ziemlich. Genau das kam letztens in irgendeinem anderen Faden mit ganz viel Physik durch Wollen auf.

davidsasda Avatar
davidsasda:#14446

>>14444
> bei einem einzelnen Teilchen wird halt sowieso niemand von Temperatur sprechen, weil sie da einfach nicht definiert ist.
Ist die Temperatur dafür wirklich nicht definiert? Ich bezweifle das spontan. Die Temperatur wurde dafür nicht definiert und der Begriff ist bei einem solchen System wenig hilfreich, aber ich denke man kann formal von einer Temperatur reden.
Das war ja auch der Grundgedanke bei meiner Pfostierung, dass bei immer geringer Dichte der Temperaturbegriff falsche Erwartungen erzeugt.

marcusgorillius Avatar
marcusgorillius:#14447

Du kannst dir auch ein Loch ins Knie bohren.
Das macht es nicht sinnvoll
Temperatur ist als mittlere Teilchenenergie definiert, und man denkt sich implizit, daß die schön regellos verteilt sind, weil wenn die Dinger alle in die gleiche Richtung fliegen, dann hast du einen Massestrom und kinetische, gute nutzbare Energie, während das im Normalfall nur über Carnot, anderes Reservoir und kleines eta get.
Außerdem ist die Geschwindigkeit natürlich durch Wahl des Bezugssystems manipulierbar. Thermodynamisch macht es keinen Sinn so an Knie anzugehn.

jonkspr Avatar
jonkspr:#14448

>>14447
Um ehrlich zu sein, verstehe ich nicht ganz deine Kritik. Ich will ja nicht krampfhaft versuchen den Temperaturbegriff auf alles anzuwenden, was sich bewegt. Ganz im Gegenteil, ich rate zur Vorsicht beim Verwenden des Temperaturbegriffs bei sehr geringen Dichten. Das heißt nicht, dass der Begriff dort falsch ist oder nicht auch Sinn macht, allerdings kann dieser Begriff falsche Vorstellungen bei uninformierten Betrachtern auslösen.

surajitkayal Avatar
surajitkayal:#14449

>>14448
Bei einem einzigen Teilchen ergibt der Begriff aber ueberhauptkeinen Sinn. Die kinetische Energie und damit die Temperatur haengt da nur vom Bezugssystem ab. Wenn ich z.B. intuitiv den Schwerpunkt des Systems als Bezugssystem nehme hat das Teilchen immer exakt 0 Kelvin. Wenn ich ein Photon als Bezugssystem nehme hat das Teilchen die Planck-Temperatur oder so, man weiss es nicht.

trickyolddog Avatar
trickyolddog:#14450

>>14449
Die Diskussion führt zu nichts, weil die Kritik für die Pfostierung relativ irrelevant ist. Dieses Ein-Teilchen-System war als überspitztes Beispiel dafür, dass der Temperaturbegriff bei geringen Dichten etwas merkwürdig erscheinen kann und falsche Vorstellungen wecken kann. In diesem Punkt widersprichtst du mir ja auch nicht.
Wenn das Beispiel falsch ist, weil die Temperaturdefinition falsch ist, kann man ja einen entsprechenden Link pfostieren oder auch nicht. Es verändert nichts an der Aussage, die ich damit machen will. Ich könnte auch dieses Ein-Teilchen-System in ein 100 Teilchensystem umändern und das würde die Pfostierung nicht verändern.
Vielleicht ist die Temperatur für so kleine System nicht definiert, ich weiß es nicht. Ich werde auch nicht versuchen es großartig zu verteidigen, weil es irrelevant ist. Der Sinn der Pfostierung ist ja anscheinend rübergekommen.

woodydotmx Avatar
woodydotmx:#14451

>>14450
Du schreibst übrigens mit unterschiedlichen Bernds. >>14444 hier.

Temperatur braucht immer das Ensemble, um sinnvoll definiert zu werden, weil es ein statistisches Maß ist; je größer das Ensemble, desto sinnvoller. Bei 100 Teilchen kann man sich streiten, ob es Sinn macht, von Temperatur zu reden. Bei 10 Teilchen? Kaum. Bei 2? ... Zwei oder zehn Bäume bezeichnest du ja auch nicht als sehr kleinen Wald, und einen einzelnen erst recht nicht. Wahrscheinlich liegt da überhaupt dein Problem mit dem Unintuitiven: "Temperatur" ist keine Stoffeigenschaft wie Masse oder Impuls, die ein Teilchen messbar "besitzen" kann. Ein Teilchen hat keine Temperatur, ein Teilchen hat innere Energie. Viele Teilchen mit innerer Energie ergeben im Mittel eine Temperatur.

Bei niedrigen Drücken kommt noch eine weitere Sache ins Spiel. Wenn du eine einzelne konkrete Temperatur angeben willst, musst du nicht nur ein ausreichend großes Ensemble an Teilchen haben, in dem du die statistische Besetzung von Energieniveaus in verschiedenen Freiheitsgraden betrachtest - du musst auch davon ausgehen können, dass der Energiegehalt gleichmäßig zwischen allen Freiheitsgraden verteilt ist. Das ist der Clou des thermischen Gleichgewichts. Bernds täglich Brot sind Teilchensysteme, in denen Translation, Rotation, Schwingungen und elektronische Anregungen alle unterschiedliche Energieverteilungen und mithin unterschiedliche Temperaturen haben. Gar kein Problem. Es ist aber unmöglich zu sagen "unser Gas hat eine Temperatur von 10 K". So funktioniert das einfach nicht. Man kann höchstens sowas sagen wie "Die Rotationstemperatur beträgt 10 K", was etwa gleichbedeutend ist mit "Wenn ich mein Gas solange langsam abkühle, bis es dieselbe Verteilung von Rotationsenergien aufweist wie in meinem Experiment, dann würde ich bis 10 K runtermüssen."

Irgendein MPI hat vor einiger Zeit so eine tolle Presseerklärung rausgebracht, dass sie negative absolute Temperaturen erzeugt hätten, indem sie ein paar Atome vollständig in irgendeinen angeregten Zustand gebracht hätten. Schnöder Taschenspielertrick: Bei Besetzungsinversion (mehr Teilchen in energetisch höheren als niedrigeren Zuständen) kriegt man formell halt negative T raus. Das passiert in jedem popeligen Laser, aber die Jungs hatten sich halt in ihrer Presseerklärung auf die Schulter geklopft, "-0 K" erreicht zu haben. (O-Ton: "Die Temperaturskala hört bei unendlich nicht einfach auf, sondern springt zu negativen Werten" ...)

matt3224 Avatar
matt3224:#14452

>>14451
>Bei 2? ... Zwei oder zehn Bäume bezeichnest du ja auch nicht als sehr kleinen Wald, und einen einzelnen erst recht nicht.
Definitionssache. Einerseits würde man nicht wirklich zwei Bäume nebeneinander als Wald bezeichen, andererseits würde man auch nicht 100.000 Bäume mit jeweils 100km Abstand als Wald bezeichnen.
Ich wollte mit dem Temperaturbegriff auch kein Fass aufmachen.

Der Faden sollte sich nach wie vor um die Erklärung der Thermossphäre drehen, zu der ich wie gesagt nicht allzu viel beitragen konnte, ich wollte nur das Augenmerk auch auf andere Bereiche fernab von Strahlungsabsorption lenken.

slaterjohn Avatar
slaterjohn:#14453

Dieser Bernd sieht aber nicht inwiefern die Thermosphäre da oben so degeneriert ist, daß der Begriff nicht meer get.
10^26 ist eine seer große Zahl. Daher sind auch im "Pumpenvakuum" noch seer viele Atome vorhanden, erst recht in seer dünnem Gas. Solange die Kullern gelegentlich zusammenprallen und eine thermische Verteilung haben und nicht entartet sind oder läsergepumpt oder so, sieht Bernd kein Broblem.

Außer natürlich wenn du denkst "boah 70°C, da verbrennt man sich sicher"." Der Energiegehalt ist eben recht gering.

jjshaw14 Avatar
jjshaw14:#14454

>>14452
> Ich wollte mit dem Temperaturbegriff auch kein Fass aufmachen.
Die Temperatur der Thermosphäre wird man wohl leider kaum erklären können, ohne wenigstens ein kleines Fass über den Temperaturbegriff aufzumachen ...