Warum nimmt die Temperatur mit der Höhe ab?

von Gabor Paal am 16.07.2009, 7 Kommentare

Da kommen mehrere Effekte zusammen. Erst mal nimmt mit der Höhe ja der Druck ab. Je höher wir über dem Meeresspiegel sind, desto dünner ist die Atmosphäre, desto weniger Luft lastet über uns. Druck und Temperatur wiederum hängen zusammen – das kennen wir von der Fahrradpumpe: Wenn wir drücken, wenn der Druck zunimmt, wird’s wärmer. Umgekehrt: Wenn sich Luft ausdehnt und dünner wird, dann lässt der Druck nach, und die Temperatur sinkt. Und das ist es, was im Hochgebirge passiert oder überhaupt in höheren Luftschichten: Es wird kühler. Das ist der eine Grund.

Luftige Höhen (Foto: dpa)

Luftige Höhen (Foto: dpa)

Der andere ist: Woher bekommt denn die Luft um uns herum ihre Temperatur? Sie bekommt sie hauptsächlich von der Erdoberfläche. Das heisst, Sonnenlicht scheint auf den Erdboden, wird dort kurzfristig absorbiert und dann als Wärme zurück in die Atmosphäre gestrahlt. Das heizt die Luft auf. Und da werden natürlich die Luftschichten unmittelbar über dem Erdboden erst mal am stärksten erwärmt. Aber dann kommt noch etas dazu, und das ist Wasserdampf. Und der hängt auch wieder mit dem Druck zusammen. Je höher der Druck ist, desto mehr Wasserdampf kann die Luft aufnehmen, das heißt, die unteren Luftschichten können mehr Wasserdampf speichern.

Also noch mal unser Bild: Die Erdoberfläche strahlt Wärmestrahlung in die Atmosphäre zurück, und jetzt nehmen die unteren Luftschichten – weil mehr Dampf drin ist – auch mehr Wärme auf, als die oberen Luftschichten. Und deshalb ist es auf Meeresniveau wärmer als 1000 oder 2000 Meter darüber.

Informationen zu dieser Antwort:

Beantwortet von Gabor Paal am 16.07.2009 in Frag den Paal !, Physik, Stichworte: , , , , .

Weitere Möglichkeiten:

Antwort drucken

Kommentare zu „Warum nimmt die Temperatur mit der Höhe ab?“

Es sind 7 Kommentare vorhanden. Ich möchte einen Kommentar verfassen.

Berthold schreibt am 15.07.2010

Ich glaube nicht, dass folgende Behauptung der Grund für die kühlere Luft ist. „Wenn sich Luft ausdehnt und dünner wird, dann lässt der Druck nach, und die Temperatur sinkt.“ Eine Ausnahme wäre Wind aus tiefergelegenen Regionen.
Viel eher kann ich mir vorstellen, dass dünnere Luft weniger Wärme überträgt und daher die Lufttemperatur geringer ist. Vakuum nutzt man auch zur Isolierung.

Stephen Putt schreibt am 13.05.2016

Warum nimmt die Temperatur mit der Höhe ab?

Dann ist es doch ein Mist mit der Treibhaus aus CO2. Weil Oben ist das wärme schon weg.

Felix schreibt am 10.01.2017

Es mag sein, dass ich etwas spät schreibe…
Zu euren Fragen: ihr habt sie euch im Prinzip selbst beantwortet.
Zur Fahrradpumpe: in der Pumpe, bzw. im Reifen wird Druck aufgebaut, das heißt er steigt. Durch den höheren Druck steigt die Temperatur. (Reibung durchs Pumpen mag hier auch eine Rolle spielen…)
Zur Deo-Dose: In der Dose befindet sich ein Treibgas, dass unter hohem Druck steht (andernfalls könnte man nicht sprühen!). Sprüht man, so sinkt schlagartig der Druck, der auf das Treibgas wirkt und dieses kühlt sich folglich rapide ab.
Stephen, warum die Temperatur mit der Höhe abnimmt ist damit eigentlich auch beantwortet. Je höher man kommt, desto niedriger ist der Druck, und desto niedriger ist auch die Temperatur.

Dude schreibt am 30.01.2017

Liebes SWR Team, liebe Fragensteller!
Ich denke, hier muss man einiges klarstellen:

1) Grund für die mit der Höhe sinkende Temperatur ist NICHT der sinkende Druck.

Die barometrische Höhenformel gilt ausdrücklich NUR für ein isothermes Gasgemisch also bei gleichbleibender Temperatur! In dem Falle ist die Abhängigkeit exponentiell (Zerfall).

Der Druck sinkt deswegen exponentiell, weil die Teilchenzahl sich mit der Höhe exponentiell verringert (Besetzungszahl von Energieniveaus nach Boltzmann) und natürlich dann weniger Gewichtskraft auf eine beliebige Fläche wirkt (Druck ist Kraft pro Fläche).

Der zweite genannte Grund, nämlich der mit der Absorption der Sonnenstrahlen ist richtig!

2) Pumpt man einen Reifen auf, erhöht man den Druck durch Erhöhung der Teilchenzahl pro Volumen. Das wird normalerweise nicht warm!
Die allgemeine Zustandsgleichung für das ideale Gas lautet:
p V = n k T
Beim Reifen hält man das Volumen V konstant und verändert n (Teilchenzahl).
Wenn es warm wird, dann durch Reibung.

Ein Beispiel für Erhöhung des Drucks durch T ist der Schnellkochtopf oder die Kühltruhe (da verringert man den Druck durch T)

3) In einer Deodose verringert sich die Temperatur durch die Änderung des Aggregatzustand der Treibgase (in der Dose sind sie flüssig und außen gasförmig). Die Gasmoleküle „halten sich im flüssigen Zustand gegenseitig fest“, also sie nehmen sich gegenseitig sozusagen die Energie (man spricht davon, dass sie in einem Potential gefangen sind). Sobald sie gasförmig werden auf Grund des geringeren Drucks außerhalb der Dose, benötigen sie zum „frei werden“ Energie. Diese erhalten sie von den in der Dose verbliebenen Treibgasen (die aber natürlich flüssig sind). Diese verlieren kinetische Energie (also Wärme). Die Dose wird kalt.

Der Effekt heißt Verdunstungkälte.

Dude schreibt am 30.01.2017

Ergänzung zu 1)

Also allein sinkender Druck macht nicht kalt. Trotzdem beobachtet man mit zunehmender Höhe eine sogenannte adiabatische Expansion (Moleküle benötigen mehr Platz, haben im Mittel aber die gleiche Energien) und eine damit verbundenen Verringerung der Temperatur.

Hier also die vollständige Erklärung, warum es in Höhe kalt wird:

Es wird DOCH kalt, weil die Luftmoleküle ihre kinetische Energie umwandeln in Höhenenergie. Wärme ist nichts anderes, als ungeordnete kinetische Energie. Um ein höheres Besetzungsniveau zu erhalten muss ein Luftmolekül kinetische Energie abgeben. Damit wird die mittlere kinetische Energie der Höhenluft kleiner.
Das bedeutet zwangsläufig, dass die (Makro-) Temperatur sinkt! Es wird also DOCH kalt.

Das war mir wichtig zu ergänzen. Die Begründung allein des sinkenden Drucks schien mir irreführend.

Manfred Ullrich schreibt am 07.05.2017

Aus demselben Grund, warum ein nach oben geworfener Stein auf dem Weg nach oben wegen der Erdanziehung immer langsamer wird (und zum Stillstand kommt, bevor der wieder nach unten fällt), aus demselben, einfachen Grund wird es oben kälter.

JG schreibt am 31.07.2017

Das Argument, dass die Temperatur der Luft deshalb abnimmt, weil die Moleküle ihre kinetische Energie in potentielle umwandeln, überzeugt mich nicht. Das würde nurd ann zutreffen, wenn die Moleküle sich von selbst bevorzugt nach oben bewegen würden.
Die leichte Luft bewegt sich doch aber deshalb nach oben, weil sie leichter ist als die Umgebungsluft und von dieser nach oben gedrückt wird, sie verliert also keine kinetische Energie ( was sie an potentieller Energie zum Aufsteigen braucht, bekommt sie von der Umgebungsluft).

Der Hauptgrund, dass sich die Luft im Tiefland mehr erwärmt als z.B. in Tibet, scheint also der höhere Wasserdampf-Anteil zu sein.

Kommentar schreiben

Name und Email müssen angegeben werden, die Email-Adresse wird nicht innerhalb der Kommentare angezeigt.

*