ist komprimierte Luft wärmer als kalte?
Wenn man mit einer Handpumpe Luft pumpt dann wird diese heiss. Wenn die Luft nun aber schon komprimiert in einem System vorhanden ist welches sich nicht mehr bewegt, ist diese Luft dann auch wärmer als die der Umgebung?
8 Antworten
Durch die Kompression wird Wärme erzeugt. Die Kompressionsenergie bleibt in Gestalt des Gasdruckes als potentielle Energie erhalten. In Gestalt der freigesetzten Wärme geht sie anteilig an die Umgebung (Entropie) verloren, weil sich die Temperatur des komprimierten Gases an die der Umgebung angleicht. Nach Abschluss dieser Temperaturangleichung ist auch der Gasdruck etwas abgefallen (allgemeine Gasgleichung). Das komprimierte Gas weist also dauerhaft die gleiche Temperatur auf wie die Umgebung.
Wenn diese dieselbe Energie beibehält, wird Luft beim komprimieren wärmer. Behält sie aber ihren Druck bei und ist in einem System enthalten, wo die Umgebung kühler ist, gibt diese ihre Energie solange ab, bis die Wärme zwischen innen und außen ausgeglichen ist. Strömt die Luft dann nach draußen, ist sie kälter, weil weniger Energie enthalten ist (das erlebt man beispielsweise sehr stark, wenn man ein Feuerzeug wieder auffüllt). Auch in diesem Fall erfolgt dann wieder ein Temperaturausgleich, der aber durch Vermischung der kalten und warmen Luft schneller voran geht.
Die Bewegung lässt die Wärme entstehen. Diese Aussage sollte deine Frage beantworten. Heißt also, daß zum Zeitpunkt der Komprimierung die Luft wärmer wird (aber wohl nur sehr gering, da die Reibung durch weiteres Material fehlt, die in einer Luftpumpe aber gegeben is), aber nach Ende der Komprimierung auch wieder abkühlt auf die Umgebungstemperatur.
Eine Entstehung von Wärme ist immer mit einer Entropieproduktion oder Zufuhr verbunden, dies ist bei dem oben beschriebenen Versuch aber gerade nicht der Fall, es geht hier um adiabatische bzw. isentrope Vorgänge, insofern hat die Antwort nicht viel mit der Frage zu tun
Eine Luftmenge enthält eine bestimmte Menge Entropie. Verkleinert man nun sehr schnell das Volumen, dann wird die vorhandene Entropiemenge auf einen kleineren Raum komprimiert, an jedem Ort ist es also wärmer. Wohlgemerkt: Es wird nicht wärmer, sondern durch die Kompression ist es wärmer. Wenn man der Entropie nun keine Zeit lässt, den Raum über die Wände zu verlassen (den mit diesem Entropietransport gekoppelten Energiestrom nennt man übrigens Wärme), dann ist die Luft auch sofort wieder kälter, wenn sie das ursprüngliche Volumen erreicht. Diesen Vorgang nennt man adiabatisch oder auch isentrop, wobei der zweite Ausdruck besser beschreibt, was passiert, oder was eben nicht, es findet nämlich kein Entropieaustausch mit der Umgebung statt und es wird keine neue Entropie im Inneren produziert, der Vorgang ist also (idealisiert) reversibel.
Wenn man nach der Kompression lange genug wartet, fließt soviel Entropie und Energie (in diesem Fall dann Wärme) ab, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat, also ist komprimierte Luft auch nicht per se heißt.
Das Beispiel Handpumpe ist eine adiabatische Zustandsänderung, d.h. es erfolgt kein Wärmeaustausch mit der Umgebung. Zumindest mal in der kurzen Zeit der Kompression ist der Wärmeaustausch vernachlässigbar. Danach kommt's darauf an, wie gut das System isoliert ist, bis sich die Temperatur wieder der Umgebungstemperatur anpasst.