Luftfeuchtigkeit und Temperatur

Nick133 · Gast

Meine Frage:
Hallo,

Ich frage mich, warum warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann als kalte Luft?

Meine Ideen:
Liegt es daran, dass warme Luft eine geringere Dichte als kalte Luft aufweist und dementsprechend mehr "Platz" zur Wasserdampfaufnahme?

Häufig habe ich gelesen, dass aufgrund der der höheren (inneren) Energie des Wassers an der Wasseroberfläche mehr Wassermoleküle verdunsten. Aber dann liegt die höhere Aufnahmefähigkeit gar nicht in der höheren Luft- sondern in der höheren Wassertemperatur begründet

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5866

Ja, es liegt an der Temperatur (und damit der kinetischen Energie) der Wasser(-dampf)moleküle. Wobei deren Temperatur natürlich gleich der Temperatur der übrigen Gase ist, die sich sonst noch im Raum befinden.

Nimm einmal an, Du hast ein geschlossenes Volumen, das teilweise mit flüssigem Wasser gefüllt ist. Ein Teil des Wassers verdampft, und es stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein:

Auch im flüssigen Zustand haben die Wassermoleküle wie in Gasen eine bestimmte Geschwindigkeitsverteilung (Maxwell-Boltzmann-Verteilung). Die schnellsten Wassermoleküle haben genügend kinetische Energie, um sich von der Wasseroberfläche zu lösen. Die Temperatur ist nichts anderes als ein Mass für die kinetische Energie der Teilchen. Je höher also die Temperatur bzw. die kinetische Energie der Wassermoleküle, umso höher ist die Rate der Moleküle, die in den gasförmigen Zustand übertreten. Anderseits kondensieren Dampfmoleküle wieder, die auf die Wasseroberfläche auftreffen. Diese Rate ist proportional zur Dichte und damit dem Wasserdampfdruck über dem Wasser. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn die Rate flüssig —> gasförmig gleich der Rate gasförmig —> flüssig ist.

Als Ergebnis stellt sich im Gleichgewicht über dem Wasser ein bestimmter Druck ein, den man Dampfdruck

oder auch Sättigungsdampfdruck nennt. Er steigt mit der Temperatur fast exponentiell an, was an der Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitsverteilung liegt.

Der Dampfdruck ist der maximale Partialdruck, den die Wassermoleküle in der Luft annehmen können, also der Partialdruck bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit. Normalerweise liegt in der Luft kein Gleichgewicht vor, man befindet sich ja auch nicht in einem geschlossenen Volumen über einem Gewässer.

Erreicht der Wasser-Partialdruck den Dampfdruck, beginnt Wasser zu kondensieren. Zu sehen ist das z.B. im Winter: bei kalten Temperaturen ist die relative Luftfeuchtigkeit schon sehr hoch, da der Dampfdruck niedrig ist. Atmet man dann noch feuchte Atemluft aus, wird der Partialdruck des Wassers in der Luft so hoch, dass Wasser kondensiert und sich Wassertröpchen bilden.

Nick133 · Gast

Hey Myon,

vielen Dank für deine Antwort.

Also ist doch die kinetische Energie der Wassermoleküle, welche eine Funktion der Temperatur ist, dafür verantwortlich, dass bei höheren Temperaturen mehr Wasser aufgenommen werden kann, weil mehr Wasser aufgrund der höheren Temperaturen und dementsprechend höheren kinetischen Energie den Wasserverbund und die damit verbundenen Anziehungskräfte überwunden kann? Mich hat die Formulierung, dass warme Luft mehr Wasser aufnehmen kann verwirrt, da ich dies für eine Eigenschaft der Luft hielt...

Beim letzten Absatz habe noch meine Schwierigkeiten. Warum kondensiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf, wenn die maximale relative Luftfeuchtigkeit erreicht wurde?

Und ist der Dampfdruck der Druck, den der Wasserdampf auf die Atomsphäre ausübt?

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5866

Nick133 · Gast

Hmm, also ich komme der Lösung näher. Der Untschied zwischen (Wasser-)Dampfdruck (wird dieser auch Sättigungsdampfdruck genannt?) und dem Partialdruck? Beide beziehen sich auf den Wasserdampf und keine auf die Luft als Ganzes?

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5866

Ja, beide hängen nur mit den Wassermolekülen zusammen. Der Wasserdampf-Partialdruck ist der Druck, den alleine die Wassermoleküle verursachen, den man also messen würde, wenn man alle anderen Gasteilchen aus dem betrachteten Volumen entfernt.

Normalerweise ist der Partialdruck kleiner als der Dampfdruck. Erreicht der Partialdruck den Dampfdruck,

, so erfolgt im Gleichgewicht eine Kondensation. Fehlen Kondensationskeime, ist es möglich, dass es zu einer sg. Übersättigung kommt, also dass der Partialdruck den Dampfdruck übersteigt. Das entspricht dann aber nicht mehr einem Gleichgewichtszustand.