Abkühlung

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Als Abkühlung werden Vorgänge bezeichnet, bei denen einem Gegenstand oder einem System von Gegenständen Wärme entzogen wird. Die Gegenstände können Festkörper oder halbfest sein (z. B. Lockergestein), aber auch Fluide (Flüssigkeiten, Gase) oder eine Kombination derselben.

Von Abkühlung spricht man auch beim Abklingen heftiger Emotionen und seelischer Spannungen, siehe Chill Out.

Theorie (Thermodynamik)[Bearbeiten]

Bei Feststoffen und Flüssigkeiten verläuft die Wärmeübertragung (bzw. der Entzug der Wärme) entsprechend dem Temperaturgradienten. Dabei wirken drei Prozesse in unterschiedlichem Ausmaß:

Das Ergebnis dieser Prozesse ist ein Temperaturausgleich (siehe 3. Satz der Thermodynamik). Er resultiert trotz manchmal gegenteiligen Eindrucks immer in einer Erhöhung der gesamten Entropie - d. h. einer Umwandlung verschiedener Energieformen in thermische Energie.

In einem abgeschlossenen System ist daher eine durchgängige (Ab)kühlung unmöglich: Die thermische Energie eines nach außen isolierten Systems kann nur steigen, aber nicht sinken. Im technischen Bereich kann z. B. ein Kühlschrank nur seinen Innenraum kühlen, während die Durchschnittstemperatur des gesamten Raumes steigt.

Weitere Einflussgrößen bei Erwärmungs- oder Abkühlungsprozessen sind:

Abkühlungsvorgänge in der Natur[Bearbeiten]

In natürlichen Systemen sind die wirksamsten Formen der Abkühlung

Die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur des Körpers oder Gegenstandes sinkt, hängt ab

  • von den äußeren Gegebenheiten (wirksame Temperaturdifferenz, Luftfeuchtigkeit, Strahlungsverhältnisse, Wind, Reibung usw.)
  • sowie den thermischen Eigenschaften des Körpers oder Fluids (spezifische Wärme, Oberflächenbeschaffenheit, Porosität usw.),
  • und seiner allfälligen Isolation (Boden, Verwitterungs- oder Baumrinde, Fell, Federkleid).

Nächtliche Abkühlung[Bearbeiten]

In der Nacht sinkt die Lufttemperatur i. a. um einige Grad, in extremen Klimazonen auch um bis zu 30 °C. Die Ursache hierfür ist die Abstrahlung (Infrarot- oder Wärmestrahlung) des erwärmten Bodens, die besonders bei klarem Himmel wirksam ist. Der tagsüber durch die Sonnenstrahlung erwärmte und am frühen Nachmittag einem thermischen Gleichgewicht zustrebende Boden kühlt sich im Regelfall zwar langsamer als die Luft ab, jedoch rascher als Gewässer. Dadurch kommt es zu thermischen Inversionen bzw. zur Entstehung von lokalen Windsystemen, die den Tagwinden annähernd entgegengesetzt sind (siehe Land-See-Windsystem in der Nähe von Meeresküsten).

Die nächtliche Abkühlung lässt schlagartig nach oder kehrt sich sogar um, wenn am Nachthimmel Wolken aufziehen oder der Taupunkt erreicht ist. Im ersten Fall verringert sich die Abstrahlung, weil die Bewölkung isolierend wirkt; im zweiten Fall wird der Luft die Kondensationswärme der Nebeltröpfchen zugeführt.

Der Unterschied zwischen Tages- und Nachttemperatur wird üblicherweise durch eine Temperaturkurve oder durch Angabe von Maximal- und Minimaltemperatur erfasst. Das Temperaturmaximum tritt in Mitteleuropa um ungefähr 14 Uhr MEZ (bzw. 15 Uhr Sommerzeit) auf, das Temperaturminimum meist kurz vor Sonnenaufgang (siehe auch Morgentau).

Temperaturextreme im Spätsommer 2006

Während der Temperaturverlauf in Bodennähe die erwähnte Amplitude von einigen Grad bis Zehnergrad aufweist, ist die Bodentemperatur schon in einer Tiefe von einigen Zentimetern bereits merklich ausgeglichener. In 1 Meter Tiefe (siehe auch Frosttiefe) oder in Höhlen kann die tägliche, aber auch die jahreszeitliche Temperaturänderung weitgehend verschwinden, was von den Bodeneigenschaften und der Geologie, dem Bewuchs, dem Wassergehalt und dem Klimaverlauf abhängt.

Bei besonderen Wetterlagen kann der Unterschied zwischen Tages- und Nachttemperatur fast Null sein, bei Durchzug einer Warmfront sich sogar umkehren. Ein Beispiel einer unüblichen Wetterlage mit außergewöhnlich geringer nächtlicher Abkühlung zeigt die nebenstehende Abbildung.

Abkühlung durch technische Maßnahmen[Bearbeiten]

In der Technik wird die geplante Abkühlung als Kühlung bezeichnet. Sie kann z. B.

Siehe auch[Bearbeiten]