Schallgeschwindigkeit in der Luft bei 20 Grad auf Meereshöhe?

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Schallgeschwindigkeit in der Luft bei 20 Grad auf Meereshöhe?

Antwort

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Wie berechnet man die Abkühlung der Luft durch Wasserverdunstung?

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Accepted Answer

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft auf Meereshöhe bei 20 Grad Celsius beträgt etwa 343 Meter pro Sekunde. Der Wert von 330 m/s ist etwas zu niedrig. Die Schallgeschwindigkeit kann durch Faktoren wie Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden.

Accepted Answer

Die Abkühlung der Luft durch die Verdunstung von Wasser wird als **adiabate Verdunstungskühlung** bezeichnet. Dabei entzieht das verdunstende Wasser der Luft Wärme (Verdunstungswär... [mehr]

Accepted Answer

Die Abkühlung der Luft durch die Verdunstung von Wasser wird als **adiabate Verdunstungskühlung** bezeichnet. Dabei entzieht das verdunstende Wasser der Luft Wärme (Verdunstungswärme), wodurch die Lufttemperatur sinkt. Die Berechnung erfolgt in mehreren Schritten: **1. Bestimmung der Verdunstungsenthalpie (Verdampfungswärme):** Die Verdunstungsenthalpie von Wasser beträgt bei 20 °C etwa 2.450 kJ/kg. **2. Berechnung der aufgenommenen Wassermenge:** Die Menge an Wasser, die verdunstet, hängt davon ab, wie viel die Luft noch aufnehmen kann. Das ergibt sich aus der Differenz zwischen der aktuellen und der maximal möglichen Wasserdampfmenge (Sättigungsdampfdruck). **3. Energiegleichung:** Die zum Verdunsten benötigte Energie wird der Luft entzogen, was zu einer Temperaturabsenkung führt. Die Gleichung lautet: ΔT = (m_Wasser × h_v) / (m_Luft × c_p) - ΔT: Temperaturabsenkung der Luft (K) - m_Wasser: verdunstete Wassermenge (kg) - h_v: Verdunstungsenthalpie (kJ/kg) - m_Luft: Masse der Luft (kg) - c_p: spezifische Wärmekapazität der Luft (ca. 1,005 kJ/kg·K) **4. Beispielrechnung:** Angenommen, 1 kg Wasser verdunstet in 1000 kg Luft: ΔT = (1 kg × 2.450 kJ/kg) / (1000 kg × 1,005 kJ/kg·K) ΔT ≈ 2,44 K **5. Psychrometrische Berechnung:** In der Praxis wird oft das psychrometrische Diagramm verwendet. Die Abkühlung entspricht der Differenz zwischen der aktuellen Lufttemperatur (Trockentemperatur) und der Feuchtkugeltemperatur. Die Feuchtkugeltemperatur ist die tiefste Temperatur, die durch Verdunstungskühlung erreicht werden kann. **Zusammengefasst:** Die Abkühlung der Luft durch Verdunstung von Wasser berechnest du, indem du die aufgenommene Wassermenge, die Verdunstungsenthalpie und die Wärmekapazität der Luft berücksichtigst. Für genaue Werte werden oft psychrometrische Tabellen oder Diagramme verwendet.

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Wenn Wasser in einem geschlossenen System erhitzt wird, steigt der Druck deutlich an, sobald die Temperatur über 100 °C steigt. Das liegt daran, dass Wasser bei 100 °C unter Normaldruck (... [mehr]

Accepted Answer

Wenn Wasser in einem geschlossenen System erhitzt wird, steigt der Druck deutlich an, sobald die Temperatur über 100 °C steigt. Das liegt daran, dass Wasser bei 100 °C unter Normaldruck (1 bar) siedet, aber in einem geschlossenen Behälter kann der Dampf nicht entweichen. Dadurch erhöht sich der Druck mit steigender Temperatur. Hier einige Beispiele für den Druck von Wasserdampf in einem geschlossenen System bei verschiedenen Temperaturen (Werte gerundet): - **100 °C:** ca. 1 bar (Siedepunkt bei Normaldruck) - **120 °C:** ca. 2 bar - **134 °C:** ca. 3 bar - **150 °C:** ca. 4,7 bar - **180 °C:** ca. 10 bar - **200 °C:** ca. 15,5 bar Die Beziehung zwischen Temperatur und Druck ist nicht linear, sondern folgt der sogenannten Dampfdruckkurve von Wasser. Je höher die Temperatur, desto schneller steigt der Druck. **Wichtiger Hinweis:** Das Erhitzen von Wasser in einem geschlossenen System ist gefährlich, da der Druck sehr schnell steigen kann. Es besteht Explosionsgefahr, wenn das System nicht für solche Drücke ausgelegt ist. Weitere Informationen und eine vollständige Dampfdrucktabelle findest du z. B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Dampfdruck#Dampfdrucktabelle **Fazit:** Der Druck steigt beim Erhitzen von Wasser in einem geschlossenen System sehr stark an – schon wenige Grad über 100 °C führen zu einer deutlichen Druckerhöhung.

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Um die Temperaturerhöhung zu berechnen, benötigst du folgende Schritte: **1. Gesamtenergie berechnen:** 150 Watt = 150 Joule/Sekunde 7 Stunden = 7 × 3600 Sekunden = 25.200 Sekunden... [mehr]

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Um die Temperaturerhöhung zu berechnen, benötigst du folgende Schritte: **1. Gesamtenergie berechnen:** 150 Watt = 150 Joule/Sekunde 7 Stunden = 7 × 3600 Sekunden = 25.200 Sekunden Gesamtenergie: 150 J/s × 25.200 s = **3.780.000 Joule** **2. Luftmasse im Raum berechnen:** Raumvolumen: 100 m³ Dichte von Luft: ca. 1,2 kg/m³ Masse: 100 m³ × 1,2 kg/m³ = **120 kg** **3. Temperaturerhöhung berechnen:** Spezifische Wärmekapazität von Luft: ca. 1.000 J/(kg·K) Formel: ΔT = Energie / (Masse × Wärmekapazität) ΔT = 3.780.000 J / (120 kg × 1.000 J/(kg·K)) ΔT = 3.780.000 / 120.000 ΔT = **31,5 K (°C)** **Ergebnis:** Die Temperatur des Raumes würde sich theoretisch um etwa **31,5 °C** erhöhen, wenn keine Wärme verloren geht (idealisierter Fall). In der Praxis gibt es jedoch Wärmeverluste durch Wände, Fenster usw., sodass die tatsächliche Temperaturerhöhung geringer ausfällt.

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Um diese Frage zu beantworten, fehlen noch zwei wichtige Angaben: 1. **Wieviel Energie (z. B. in Joule, Kilowattstunden oder einer anderen Einheit) steht zur Verfügung?** 2. **Was ist mit &bdquo... [mehr]

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Um diese Frage zu beantworten, fehlen noch zwei wichtige Angaben: 1. **Wieviel Energie (z. B. in Joule, Kilowattstunden oder einer anderen Einheit) steht zur Verfügung?** 2. **Was ist mit „damit“ gemeint?** (z. B. eine bestimmte Energiemenge, ein Gerät, eine Heizquelle etc.) Mit diesen Informationen kann die benötigte Wassermenge berechnet werden. Bitte präzisiere die Frage, damit eine genaue Antwort möglich ist.

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Um die Temperaturerhöhung in einem Raum mit 100 m³ Volumen bei einer Heizleistung von 1000 Watt zu berechnen, kann folgende Formel verwendet werden: **Formel:** \[ \Delta T = \frac{P \cdot... [mehr]

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Um die Temperaturerhöhung in einem Raum mit 100 m³ Volumen bei einer Heizleistung von 1000 Watt zu berechnen, kann folgende Formel verwendet werden: **Formel:** \[ \Delta T = \frac{P \cdot t}{c \cdot m} \] - \( \Delta T \): Temperaturänderung in °C (bzw. K) - \( P \): Heizleistung in Watt (W) - \( t \): Zeit in Sekunden (s) - \( c \): spezifische Wärmekapazität von Luft (ca. 1000 J/(kg·K)) - \( m \): Masse der Luft im Raum in kg **Schritt 1: Masse der Luft berechnen** Dichte von Luft: ca. 1,2 kg/m³ Volumen: 100 m³ \[ m = 100\,\text{m}^3 \times 1{,}2\,\text{kg/m}^3 = 120\,\text{kg} \] **Schritt 2: Temperaturerhöhung pro Stunde berechnen** 1 Watt = 1 Joule/Sekunde 1 Stunde = 3600 Sekunden Energie in 1 Stunde: \[ E = 1000\,\text{W} \times 3600\,\text{s} = 3\,600\,000\,\text{J} \] \[ \Delta T = \frac{3\,600\,000\,\text{J}}{1000\,\text{J/(kg·K)} \times 120\,\text{kg}} = \frac{3\,600\,000}{120\,000} = 30\,\text{K} \] **Antwort:** Die Temperatur im Raum würde – unter der Annahme, dass keine Wärme verloren geht – in einer Stunde um etwa **30 °C** steigen. **Wichtige Hinweise:** - In der Praxis gibt es immer Wärmeverluste (z.B. durch Wände, Fenster, Lüftung), sodass die tatsächliche Temperaturerhöhung deutlich geringer ausfällt. - Die Berechnung gilt nur für die Luft, nicht für Möbel, Wände etc., die ebenfalls Energie aufnehmen.

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Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter und isoliert daher relativ gut gegen Wärmeübertragung durch Leitung. Das liegt daran, dass die Moleküle in Luft weit auseinander liegen und... [mehr]

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Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter und isoliert daher relativ gut gegen Wärmeübertragung durch Leitung. Das liegt daran, dass die Moleküle in Luft weit auseinander liegen und Wärmeenergie nur langsam von einem Molekül zum nächsten übertragen wird. Die Wärmeleitfähigkeit von trockener Luft bei Raumtemperatur beträgt etwa 0,024 W/(m·K). Zum Vergleich: Glaswolle, ein typisches Dämmmaterial, hat eine ähnliche Wärmeleitfähigkeit (ca. 0,035–0,045 W/(m·K)), während Metalle wie Kupfer Werte von über 400 W/(m·K) erreichen. Allerdings isoliert Luft nur dann gut, wenn sie in kleinen, unbewegten Schichten eingeschlossen ist. In größeren Hohlräumen kann sich die Luft bewegen (Konvektion), was die Isolationswirkung stark verringert. Deshalb sind viele Dämmstoffe so aufgebaut, dass sie viele kleine Lufteinschlüsse enthalten und so Konvektion verhindern. Zusammengefasst: Luft isoliert Wärme recht gut, solange sie nicht zirkulieren kann. Darum wird sie oft als Dämmstoff in Fenstern (Doppelverglasung) oder in Dämmmaterialien genutzt.

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Eine Schockwelle mit einem Anfangsüberdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig (dreidimensional) von ihrem Entstehungsort aus. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Ausbreitung... [mehr]

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Eine Schockwelle mit einem Anfangsüberdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig (dreidimensional) von ihrem Entstehungsort aus. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Ausbreitung sind: 1. **Kugelförmige Ausbreitung:** Die Schockwelle breitet sich symmetrisch in alle Richtungen aus, sofern keine Hindernisse oder Inhomogenitäten im Medium (Luft) vorhanden sind. 2. **Abnahme des Überdrucks:** Mit zunehmender Entfernung vom Ursprungsort nimmt der Überdruck der Schockwelle ab. Dies geschieht, weil die Energie der Welle sich auf eine immer größere Oberfläche verteilt. Für eine starke Schockwelle (z.B. Explosion) gilt näherungsweise: \[ \Delta P(r) \propto \frac{1}{r^3} \] wobei \( r \) der Abstand vom Explosionszentrum ist. Für schwächere Schockwellen (nah an der Schallgeschwindigkeit) kann die Abnahme auch mit \( 1/r^2 \) beschrieben werden. 3. **Geschwindigkeit der Schockfront:** Die Schockwelle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit in Luft. Diese Geschwindigkeit hängt vom Überdruck ab: Je höher der Überdruck, desto schneller die Schockfront. Mit abnehmendem Überdruck nähert sich die Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit an. 4. **Abklingen zur Druckwelle:** Mit zunehmender Entfernung und abnehmendem Überdruck wird die Schockwelle schwächer und geht schließlich in eine normale Schallwelle über. **Zusammengefasst:** Eine Schockwelle mit Überdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig aus, wobei der Überdruck und die Geschwindigkeit der Welle mit zunehmender Entfernung abnehmen. Die Energie verteilt sich auf eine immer größere Fläche, und die Schockwelle schwächt sich ab, bis sie schließlich als normale Schallwelle weiterläuft. Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia: Schockwelle](https://de.wikipedia.org/wiki/Schockwelle).

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Die Leitfähigkeit von Halbleitern steigt mit zunehmender Temperatur. Das liegt daran, dass bei höheren Temperaturen mehr Elektronen genug Energie erhalten, um vom Valenzband ins Leitungsband... [mehr]

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Die Leitfähigkeit von Halbleitern steigt mit zunehmender Temperatur. Das liegt daran, dass bei höheren Temperaturen mehr Elektronen genug Energie erhalten, um vom Valenzband ins Leitungsband überzugehen. Dadurch erhöht sich die Anzahl der frei beweglichen Ladungsträger (Elektronen und Löcher), was die elektrische Leitfähigkeit verbessert. Im Gegensatz dazu nimmt bei Metallen die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur ab, weil die Beweglichkeit der Elektronen durch stärkere Gitterschwingungen (Streuung) verringert wird. Zusammengefasst: **Je höher die Temperatur, desto größer ist die Leitfähigkeit von Halbleitern.**

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Die Dichte feuchter Luft (\(\rho\)) hängt von Temperatur, relativer Feuchte und dem Luftdruck (der mit der Höhe über Normalnull, NN, abnimmt) ab. Die Berechnung erfolgt in mehreren Schr... [mehr]

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Die Dichte feuchter Luft (\(\rho\)) hängt von Temperatur, relativer Feuchte und dem Luftdruck (der mit der Höhe über Normalnull, NN, abnimmt) ab. Die Berechnung erfolgt in mehreren Schritten: **1. Sättigungsdampfdruck (\(p_{ws}\)) bei Temperatur \(T\):** Formel nach Magnus (für Temperaturen zwischen 0 und 50 °C): \[ p_{ws} = 6{,}1078 \cdot 10^{\frac{7{,}5 \cdot T}{237{,}3 + T}} \] mit \(T\) in °C und \(p_{ws}\) in hPa. **2. Wasserdampfdruck (\(p_w\)) aus relativer Feuchte (\(\phi\)):** \[ p_w = \phi \cdot p_{ws} \] mit \(\phi\) als Dezimalzahl (z. B. 0,5 für 50 %). **3. Luftdruck (\(p\)) in Abhängigkeit von der Höhe (\(h\)):** Vereinfachte barometrische Höhenformel (für Höhen bis ca. 2000 m): \[ p = p_0 \cdot \left(1 - \frac{0{,}0065 \cdot h}{T_0 + 0{,}0065 \cdot h}\right)^{5{,}255} \] mit \(p_0 = 1013{,}25\) hPa (Standarddruck auf Meereshöhe), \(T_0 = 288{,}15\) K (Standardtemperatur), \(h\) in Metern. **4. Dichte feuchter Luft (\(\rho\)):** \[ \rho = \frac{p_d}{R_d \cdot T} + \frac{p_w}{R_w \cdot T} \] mit \(p_d = p - p_w\) (Partialdruck der trockenen Luft), \(R_d = 287{,}058\) J/(kg·K) (spezifische Gaskonstante trockene Luft), \(R_w = 461{,}495\) J/(kg·K) (spezifische Gaskonstante Wasserdampf), \(T\) in Kelvin. **Zusammengefasst:** 1. Temperatur in Kelvin umrechnen (\(T_{K} = T_{°C} + 273{,}15\)) 2. Sättigungsdampfdruck berechnen 3. Wasserdampfdruck berechnen 4. Luftdruck für die Höhe berechnen 5. Partialdruck der trockenen Luft bestimmen 6. Dichte mit obiger Formel berechnen **Beispiel:** - Temperatur: 20 °C - Relative Feuchte: 60 % - Höhe: 500 m 1. \(T = 293{,}15\) K 2. \(p_{ws} \approx 23{,}37\) hPa 3. \(p_w = 0{,}6 \cdot 23{,}37 = 14{,}02\) hPa 4. \(p \approx 954\) hPa 5. \(p_d = 954 - 14{,}02 = 939,98\) hPa 6. \(\rho = \frac{939,98 \times 100}{287,058 \times 293,15} + \frac{14,02 \times 100}{461,495 \times 293,15} \approx 1,13\) kg/m³ **Weitere Infos und Online-Rechner:** - [Wikipedia: Luftdichte](https://de.wikipedia.org/wiki/Luftdichte) - [Luftdichte-Rechner](https://www.wetterochs.de/wetter/luftdruck.html)

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Um diese Frage zu beantworten, müssen wir berechnen, wie viel Wärmeenergie benötigt wird, um die Luft im Raum von 15 °C auf 25 °C zu erwärmen, und dann bestimmen, auf welch... [mehr]

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Um diese Frage zu beantworten, müssen wir berechnen, wie viel Wärmeenergie benötigt wird, um die Luft im Raum von 15 °C auf 25 °C zu erwärmen, und dann bestimmen, auf welche Temperatur der Eisenblock erhitzt werden müsste, um diese Energiemenge abzugeben. **1. Benötigte Energie zum Erwärmen der Raumluft** - Raumvolumen: 30 m³ - Temperaturdifferenz: 25 °C – 15 °C = 10 K - Dichte von Luft (bei ca. 20 °C): ca. 1,2 kg/m³ - Masse der Luft: 30 m³ × 1,2 kg/m³ = 36 kg - Spezifische Wärmekapazität von Luft: ca. 1.000 J/(kg·K) Benötigte Energie: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) \( Q = 36\,\text{kg} \times 1.000\,\text{J/(kg·K)} \times 10\,\text{K} = 360.000\,\text{J} \) **2. Temperatur des Eisenblocks berechnen** - Masse Eisenblock: 5 kg - Spezifische Wärmekapazität von Eisen: ca. 450 J/(kg·K) - Endtemperatur: 25 °C (da der Block am Ende die Raumtemperatur hat) - Anfangstemperatur: \( T_\text{Anfang} \) (gesucht) Abgegebene Wärme des Eisenblocks: \( Q = m \cdot c \cdot (T_\text{Anfang} - T_\text{Ende}) \) Setze gleich: \( 5\,\text{kg} \times 450\,\text{J/(kg·K)} \times (T_\text{Anfang} - 25\,^\circ\text{C}) = 360.000\,\text{J} \) \( 2.250\,\text{J/K} \times (T_\text{Anfang} - 25) = 360.000\,\text{J} \) \( T_\text{Anfang} - 25 = \frac{360.000}{2.250} = 160 \) \( T_\text{Anfang} = 160 + 25 = 185\,^\circ\text{C} \) **Antwort:** Der Eisenblock müsste auf **185 °C** erhitzt werden, um einen Raum von 30 m³ und 15 °C auf 25 °C zu erwärmen (unter Vernachlässigung von Wärmeverlusten und idealer Durchmischung).