Warum entmischt sich die Luft nicht?
Joachim Wietzorrek
Hallo,
ich habe da eine (primitive?) Frage:
Warum entmischt sich die Luft, die ja aus Gasen verschiedener Dichte
besteht, nicht?
Andererseits sammelt sich im Weinkeller schweres CO2 am Boden.
Wie ist dieser scheinbare Widerspruch zu erklaeren?
Vielen Dank,
Joachim
Sascha....@lrz.uni-muenchen.de
Eike Grote <eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de> writes:
>Hallo !
>Joachim Wietzorrek wrote:
>>
>> ich habe da eine (primitive?) Frage:
>>
>> Warum entmischt sich die Luft, die ja aus Gasen verschiedener Dichte
>> besteht, nicht?
>>
>> Andererseits sammelt sich im Weinkeller schweres CO2 am Boden.
>Ich denke es liegt an den Dichteunterschieden. Die Luft besteht
>im wesentlichen aus Sauerstoff und Stickstoff mit den Molekular-
>gewichten 32 und 28. CO2 dagegen hat ein Molekulargewicht von
>12+2x16=44. Je kleiner der Unterschied ist, desto leichter
>vermischen sich die Gase wieder bei Luftbewegungen (Wind, Konvektion).
>Daher findet wohl in einem ruhigen Weinkeller, dessen Waende ein-
>heitliche Temperatur besitzen am ehesten eine Entmischung statt
>(aehnliches wird ja auch in Silo-Behaeltern beobachtet).
Na dann frage ich mich, warum wir bei windstillem Wetter nicht
zu Hochleistungssportlern werden, die 50 Prozentigen Sauerstoff
ihre Lungen saugen.... oder hast Du schon mal nachgedacht, warum
die Luftmolekuele nicht ueberhaupt vom Himmel herunterfallen ?
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass ein
thermodynamisches System zum Zustand maximaler Entropie strebt
und das sortieren der O2- und N2- molekuele wuerde eine enorme
Entropieabnahme (Zunahme der Ordnung) bedeuten.
Oder etwas weniger theoretisch-physikalisch:
Schweres Bromgas vermischt sich mit darueberliegender Luft
nach einiger Zeit (Chemieversuch 8.Klasse)
si tacuisses...
Sascha
Eike Grote
Hallo !
Sascha....@lrz.uni-muenchen.de wrote:
>
> Na dann frage ich mich, warum wir bei windstillem Wetter nicht
> zu Hochleistungssportlern werden, die 50 Prozentigen Sauerstoff
> ihre Lungen saugen.... oder hast Du schon mal nachgedacht, warum
> die Luftmolekuele nicht ueberhaupt vom Himmel herunterfallen ?
>
> Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass ein
> thermodynamisches System zum Zustand maximaler Entropie strebt
> und das sortieren der O2- und N2- molekuele wuerde eine enorme
> Entropieabnahme (Zunahme der Ordnung) bedeuten.
>
> Oder etwas weniger theoretisch-physikalisch:
>
> Schweres Bromgas vermischt sich mit darueberliegender Luft
> nach einiger Zeit (Chemieversuch 8.Klasse)
O.K., wenn ich aber nur nach der Entropiezunahme gehe, frage ich
mich natuerlich, warum eigentlich mein Computer noch hier vor
mir steht und nicht schon laengst in Monitor, Maus, Tastatur, usw.
zerlegt sich hier im Zimmer herumbewegt ... auch meine Stapel von
Papier z.B. haben noch nicht abgehoben. Im Gegenteil: sie fallen
immer wieder Richtung Boden. Gibt es denn einen grundsaetzlichen
Unterschied zwischen Papierblaettern und Gasen ???
Bem II.Hauptsatz ist zu beachten, dass man i.a. den Effekt der
Gravitation vollkommen ausser acht laesst, der aber bei der
Atmosphaere durchaus eine Rolle spielt; sonst haetten wir naemlich
schon laengst keine mehr und unsere Luft waere ins Weltall
hinausdiffundiert. Denn ein System maximiert nicht nur
seine Entropie, sondern minimiert auch seine _Energie_ !
> si tacuisses ...
... sollte _ich_ ? oder _Du_ ? oder wer ?
Ciao, Eike
=====================================================================
Eike Grote, Theoretical Physics IV, University of Bayreuth, Germany
email : eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de
### Changed ! ### URL : http://www.phy.uni-bayreuth.de/~btpa25/
=====================================================================
Georg Kreyerhoff
In article <32527B...@theo.phy.uni-bayreuth.de> Eike Grote <eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de> writes:
>[...]
> Bem II.Hauptsatz ist zu beachten, dass man i.a. den Effekt der
> Gravitation vollkommen ausser acht laesst, der aber bei der
> Atmosphaere durchaus eine Rolle spielt; sonst haetten wir naemlich
> schon laengst keine mehr und unsere Luft waere ins Weltall
> hinausdiffundiert. Denn ein System maximiert nicht nur
> seine Entropie, sondern minimiert auch seine _Energie_ !
>
Was? Die Energie ist erhalten! (zumindestens in einem abgeschlossenen System,
was die Erdatmosphaere eigentlich nicht ist)
Georg
R. Gaenssmantel
Eike Grote (eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de) wrote:
[...]
: O.K., wenn ich aber nur nach der Entropiezunahme gehe, frage ich
: mich natuerlich, warum eigentlich mein Computer noch hier vor
: mir steht und nicht schon laengst in Monitor, Maus, Tastatur, usw.
: zerlegt sich hier im Zimmer herumbewegt ... auch meine Stapel von
: Papier z.B. haben noch nicht abgehoben. Im Gegenteil: sie fallen
: immer wieder Richtung Boden. Gibt es denn einen grundsaetzlichen
: Unterschied zwischen Papierblaettern und Gasen ???
Als Theo-Physiker duerft Dir wohl selbst klar sein, was das fuer ein Bloedsinn
ist.
: Bem II.Hauptsatz ist zu beachten, dass man i.a. den Effekt der
: Gravitation vollkommen ausser acht laesst, der aber bei der
Ein Molekuel hat in Luft eine mittlere frei Weglaenge von wesentlich unter 1cm
(ich bilde mir ein im Mikrometerbereich - ~1cm fuer He). Nun stoesst es in
Sekunden Bruchteilen mehrfach an andere thermisch erregt Molekuele von
ungefaehr gleicher Masse.
Gerade mal als Gedankenmodell - um 'ne Vorstellung von den Graessenordnungen
zu bekommen - stell Dir mal vor Billard Baelle schoessen thermisch erregt
mehrere hundert km in der Sekunde und traefen andere Billardbaelle alle paar
km. Glaubst Du wirklich, dass Du da innerhalb der unteren 5-10km so eine starke
Gravitationsabhaengigkeit beobachten kannst? Wohl eher nicht. Wenn Du dies aber
mit hoehen von mehreren hunderten von Km vergleichst siehst Du einen
Unterschied.
: Atmosphaere durchaus eine Rolle spielt; sonst haetten wir naemlich
: schon laengst keine mehr und unsere Luft waere ins Weltall
: hinausdiffundiert. Denn ein System maximiert nicht nur
: seine Entropie, sondern minimiert auch seine _Energie_ !
Ist das nicht nur eine andere Betrachtungsweise des II HS?
Ralf
: > si tacuisses ...
: ... sollte _ich_ ? oder _Du_ ? oder wer ?
: Ciao, Eike
: =====================================================================
: Eike Grote, Theoretical Physics IV, University of Bayreuth, Germany
: email : eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de
: ### Changed ! ### URL : http://www.phy.uni-bayreuth.de/~btpa25/
: =====================================================================
--
Oliver Bedford
Eike Grote <eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de> writes:
> Bem II.Hauptsatz ist zu beachten, dass man i.a. den Effekt der
> Gravitation vollkommen ausser acht laesst, der aber bei der
> Atmosphaere durchaus eine Rolle spielt; sonst haetten wir naemlich
> schon laengst keine mehr und unsere Luft waere ins Weltall
> hinausdiffundiert. Denn ein System maximiert nicht nur
> seine Entropie, sondern minimiert auch seine _Energie_ !
Beim 2. Hauptsatz ist eigentlich nichts zu beachten, da er immer
gilt. 2.HS: Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt niemals
ab; spontan ablaufende Vorgaenge sind durch eine Zunahme der Entropie
gekennzeichnet. Wichtig: keine Aussage ueber Energie, die wird ja
bekanntlich schon im 1. HS behandelt.
Es ist allerdings zu beachten, dasz die Thermodynamik nur eine
phaenomenologische Beschreibung der Natur liefert, d.h. es ist nicht
moeglich innerhalb der Thermodynamik Aussagen ueber einzelne
Gasmolekuele zu machen. Deshalb ist der Vergleich eines Gasmolekuels
mit einem Papierblatt nicht statthaft (innerhalb der Thermodynamik).
Andere Theorien moegen hier mehr Erklaerungskraft haben.
Ciao,
Oliver
Georg Kreyerhoff
In article <52u7pb$f...@lyra.csx.cam.ac.uk> rg1...@cus.cam.ac.uk (R. Gaenssmantel) writes:
> From: rg1...@cus.cam.ac.uk (R. Gaenssmantel)
> Newsgroups: de.sci.physik
> Date: 2 Oct 1996 17:12:11 GMT
> Organization: University of Cambridge, England
>
>[...]
> Ein Molekuel hat in Luft eine mittlere frei Weglaenge von wesentlich unter 1cm
> (ich bilde mir ein im Mikrometerbereich - ~1cm fuer He). Nun stoesst es in
> Sekunden Bruchteilen mehrfach an andere thermisch erregt Molekuele von
> ungefaehr gleicher Masse.
>
> Gerade mal als Gedankenmodell - um 'ne Vorstellung von den Graessenordnungen
> zu bekommen - stell Dir mal vor Billard Baelle schoessen thermisch erregt
> mehrere hundert km in der Sekunde und traefen andere Billardbaelle alle paar
> km. Glaubst Du wirklich, dass Du da innerhalb der unteren 5-10km so eine starke
> Gravitationsabhaengigkeit beobachten kannst? Wohl eher nicht. Wenn Du dies aber
> mit hoehen von mehreren hunderten von Km vergleichst siehst Du einen
> Unterschied.
>
Hi,
Quantitiv l"a\3t sich das ganze mit der barometrischen H"ohenformel, angewendet auf
die Partialdr"ucke der beteiligten Gase, behandeln.
Ist in der H"ohe 0 das Verh"altnis der Partialdr"ucke K=p1/p2 , so hat man in
der H"ohe H
K' = K*exp( - g*H*(m1-m2)/(R*T)) ~ K(1 - g*H*(m1-m2)/(R*T))
wobei m1,m2 die Molmassen sind
F"ur O_2 und N_2 erhalte ich f"ur die "Anderungsrate von K 1.7E-5/m.
Georg
Eike Grote
Hallo !
Joachim Wietzorrek wrote:
>
> ich habe da eine (primitive?) Frage:
>
> Warum entmischt sich die Luft, die ja aus Gasen verschiedener Dichte
> besteht, nicht?
>
> Andererseits sammelt sich im Weinkeller schweres CO2 am Boden.
Ich denke es liegt an den Dichteunterschieden. Die Luft besteht
im wesentlichen aus Sauerstoff und Stickstoff mit den Molekular-
gewichten 32 und 28. CO2 dagegen hat ein Molekulargewicht von
12+2x16=44. Je kleiner der Unterschied ist, desto leichter
vermischen sich die Gase wieder bei Luftbewegungen (Wind, Konvektion).
Daher findet wohl in einem ruhigen Weinkeller, dessen Waende ein-
heitliche Temperatur besitzen am ehesten eine Entmischung statt
(aehnliches wird ja auch in Silo-Behaeltern beobachtet).
Baerbel Steininger t2046
In article <ue20fhy...@aurora.slip.uni-koeln.de>,
Oliver Bedford <a227...@athena.rrz.uni-koeln.de> writes:
>Eike Grote <eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de> writes:
>
>> Bem II.Hauptsatz ist zu beachten, dass man i.a. den Effekt der
>> Gravitation vollkommen ausser acht laesst, der aber bei der
>> Atmosphaere durchaus eine Rolle spielt; sonst haetten wir naemlich
>> schon laengst keine mehr und unsere Luft waere ins Weltall
>> hinausdiffundiert. Denn ein System maximiert nicht nur
>> seine Entropie, sondern minimiert auch seine _Energie_ !
>
> Beim 2. Hauptsatz ist eigentlich nichts zu beachten, da er immer
>gilt. 2.HS: Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt niemals
>ab; spontan ablaufende Vorgaenge sind durch eine Zunahme der Entropie
>gekennzeichnet. Wichtig: keine Aussage ueber Energie, die wird ja
>bekanntlich schon im 1. HS behandelt.
>
bischen anders dargestellt wurde. Der Prof erlaeuterte lang und breit,
dass der Begriff Entropie nur sinnvoll/definiert ist, wenn keine
langreichweitigen Kraefte mitmischen (da man dann nicht mehr zwischen
offenen und abgeschlossenen Systemen unterscheiden kann). Die
Quintessenz des Vortrags war es, dass der bekannte, oft postulierte
Waermetod des Universums Bloedsinn ist, da fuer das Gesamtuniversum
die Gravitationskraefte von entscheidender Bedeutung sind (und sehr
langreichweitig) und damit eine Entropie des Universums nicht mehr
definiert werden kann.
Das Ganze habe ich allerdings nur noch sehr wage im Gedaechtnis,
koennte sich mal ein Fachmann dazu aeussern?
Baerbel
-------------------------------------------------------------------------
Usenet is like Tetris | Baerbel.S...@physik.uni-regensburg.de
for those who can read | http://rphc1.physik.uni-regensburg.de/~stb04497/
Juergen Boemmels
Oliver Bedford (a227...@athena.rrz.uni-koeln.de) wrote:
: Eike Grote <eike....@theo.phy.uni-bayreuth.de> writes:
: > Bem II.Hauptsatz ist zu beachten, dass man i.a. den Effekt der
: > Gravitation vollkommen ausser acht laesst, der aber bei der
: > Atmosphaere durchaus eine Rolle spielt; sonst haetten wir naemlich
: > schon laengst keine mehr und unsere Luft waere ins Weltall
: > hinausdiffundiert. Denn ein System maximiert nicht nur
: > seine Entropie, sondern minimiert auch seine _Energie_ !
: Beim 2. Hauptsatz ist eigentlich nichts zu beachten, da er immer
: gilt. 2.HS: Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt niemals
: ab; spontan ablaufende Vorgaenge sind durch eine Zunahme der Entropie
: gekennzeichnet. Wichtig: keine Aussage ueber Energie, die wird ja
: bekanntlich schon im 1. HS behandelt.
Natuerlich ist der 2. HS zu beachten. Aber wie du schon sagtest
abgeschlossenes System. Und die Luft ist nun mal kein abgeschlossenes
System, es gibt z.B. Waermeaustausch mit der Umgebung. Also fuehrt man sog.
thermodynamische Poteniale ein. Z.B. Die Freie Energie F=E-TS. In dem
vorgegebenen System vorgegebener Druck, vorgegebene Teilchenzahl,
vorgegebene Temperatur besagen 1. und 2. Hauptsatz gemeinsam, dass die freie
Energie ein Minimum annimmt.
Stark vereinfacht versucht also das System geichzeitig seine Energie zu
verringern und seine Entropie zu erhoehen. Der beste Kompromiss dieser Ziele
erreicht es im Minimum der Freien Energie.
: Es ist allerdings zu beachten, dasz die Thermodynamik nur eine
: phaenomenologische Beschreibung der Natur liefert, d.h. es ist nicht
: moeglich innerhalb der Thermodynamik Aussagen ueber einzelne
: Gasmolekuele zu machen. Deshalb ist der Vergleich eines Gasmolekuels
: mit einem Papierblatt nicht statthaft (innerhalb der Thermodynamik).
: Andere Theorien moegen hier mehr Erklaerungskraft haben.
Korrekt. Die Thermodynamik reduziert das verhalten einer grossen (im
thermodynamischen Limes unendlichen) Anzahl von Teilchen auf wenige
makroskopische Groessen wie Druck, Temperatur, Volumen, Partialdruecke etc.
Mit 6 variablen rechnet es sich doch leichter als mit 10^23 ;-)
Ein Problem bei der Luft ist aber gerade, dass der Druck nicht konstant ist
sondern von der Menge Luft abhaengt die sich noch ueber ihr befindet. (->
barometrische Hoehenformel). Wenn man soetwas untersuchen will muss man den
Raum in Gebiete einteilen, in denen man annimmt, der Druck sei konstant. In
diesen kann man dann thermodynamisch rechnen.
Ich bin aber jetzt zu faul selbst zu rechnen oder in der Bibiothek zu suchen
also stelle ich jetzt nur eine Vermutung an:
Das Verhaeltnis von Sauerstoff zu Stickstoff ist hoehenabhaengig. Am Boden
ist mehr Sauerstoff vorhanden (relativ zum Stickstoff) als in grosser Hoehe.
Wegen des geringen Masseunterschiedes von Sauerstoff und Stickstoff wird
sich dieser Unterschied aber wohl erst in einigen km Hoehe bemerkbar machen.
(wie gesagt alles nur Vermutungen wenns jemand ausgerechnet hat ...)
: Ciao,
: Oliver
Und tschuess
boemmels
Knut Kristan Weber
Joachim Wietzorrek wrote:
>
> Hallo,
>
> ich habe da eine (primitive?) Frage:
>
> Warum entmischt sich die Luft, die ja aus Gasen verschiedener Dichte
> besteht, nicht?
>
> Andererseits sammelt sich im Weinkeller schweres CO2 am Boden.
>
>
> Vielen Dank,
> Joachim
Sie entmischt sich eben doch, nur relativ wenig.
Ein Grund, warum die sogenannten volatilen Elemente frueher oder spaeter
unsere gute Erde verlassen. Ist doch ziemlich wenig Wasserstoff in
unserer Luft oder? Und der wird durchs UV mindestens so viel gebildet
wie dass er "verbrennt". Helium ist auch nicht so viel da.
Was langsam nach oben steigt, kann da dann da halt auch schneller in den
Weltraum abdampfen - die Gravitation wird dann auch schon geringer.
Nur entmischt sich die Luft in Deinem Wohnzimmer nicht in 3 Minuten,
abgesehen von den diversen Luftbewegungen, die das Ganze wieder
vermischen.
--
Mit freundlichen Gruessen // with kind regards
Knut Kristan Weber, chemist
University Heidelberg, dept. Physical Chemistry, INF 500, D-69120
Heidelberg
priv.: Angelweg 28, D-69121 Heidelberg, Germany
phone: +49 6221 4108-08 (FAX: ...-13)
--
ftp://129.206.44.60/ (Windows NT resources)
[marvin.pci.uni-heidelberg.de]
Werner Ansgar
Knut Kristan Weber (kwe...@ix.urz.uni-heidelberg.de) wrote:
Ich gehe davon aus, da"s auch die Atmosph"are dem 2. HS folgt. Und er fordert,
da"s die Gase vermischt bleiben, da die Mischung wegen der Mischungsentropie
einen Zustand h"oherer Wahrscheinlichkeit darstellt. Dem entgegen wirkt die
(selektiv wirkende) Schwerkraft. N"aheres dazu steht glaub ich im Gerthsen.
--
Ansgar Werner
(ans...@rcs.urz.tu-dresden.de)