warum breitet sich schall so schnell aus, aber wärme nicht?
wenn ich jetzt eine wärmequelle in die zimmermitte stelle, dauert es doch einige zeit bis diese hitze in der ecke ankommt.
wenn ich in der mitte eine audioquelle einschalte, dauert es jedoch keine sekunde.
Vielleicht habe ich das auch falsch verstanden , aber ich denke, wärmeübertragung und schall übertragung geschehen beide durch teilchen bewegung und das eine stößt das nächste an und dann schwingen die herum und so.
wenn beide das gleiche Prinzip haben , warum funktionieren sie so unterschiedlich?
oder haben sie gar nicht das gleiche Prinzip ?
4 Antworten
Du bist mit der Teilchenbewegung schon auf einer guten Spur. Der Fallstrick ist allerdings, dass es unterschiedliche Teilchenbewegungen sind, die sich unterschiedlich fortpflanzen.
Bei Schall geht es ausschließlich um die braunsche Teilchenbewegung, also das zufällige Herumschwirren der Luftmoleküle im Raum. Schall besteht quasi darin, dass diese Moleküle gesammelt ein Stückweit in eine Richtung transportiert werden, woraufhin sie eine Reihe anderer Moleküle "anschubsen" und ebenfalls in diese Richtung kegeln.
Wärme ist Teilchenschwingung innerhalb des Moleküls. Also dass die Atome an ihrem Platz im Molekül herumwackeln, in etwa wie ein Kind am Esstisch das nicht still sitzen will, aber wenigstens auf seinem Stuhl bleibt. Und diesen Schwingungen ist erstmal völlig egal, ob sich das Molekül im Ganzen fortbewegt. Und diese Schwingungen haben je nach Atomart und Bindungsverhältnissen ganz eigene Frequenzen. Und das wird halt bei der Kollision von Molekülen im Gasförmigen kaum weitergegeben. Die Berührungszeit ist schlichtweg zu kurz für eine effektive Anregung.
Sondern die Ausbreitung von warmer Luft geht eher in der Art, dass ein Luftteilchen an der Wärmequelle erwärmt wird und sich dann per braunscher Teilchenbewegung im Raum fortbewegt, um dann irgendwann auch in der Ecke des Raumes anzukommen. Also es bleibt dasselbe Luftteilchen, das sich fortbewegt. Das nennt man Konvektion und geht eben deutlich langsamer, als das reihenweise gegenseitige Anschubsen der Luftteilchen.
Soweit die Erklärung zu deiner Beobachtung.
Noch ein Bisschen Zusatzinfo:
In Feststoffen, wo die Teilchen dauerhaft auf Kontakt dicht an dicht gepackt sind, kann Wärme auch dadurch übertragen werden, dass sich die Atomaren Schwingungen unterschiedlicher Teilchen gegenseitig anregen - dauert halt jedes Mal ein Bisschen. Das nennt man Wärmeleitung. Besonders gut geeignet ist dafür die metallische Atomstruktur, weshalb Metalle Wärme gut leiten. Aber Luft ist ja kein Feststoff ;)
Was hingegen auch in der Luft funktioniert, ist Wärmeübertragung durch Strahlung. Also elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich, auch als "Wärmestrahlung" bekannt. Es wird dabei nicht die Luft erwärmt, sondern das Objekt auf das die Strahlung trifft und das diese absorbiert (d.h. dessen Atome werden von der Strahlung zum Schwingen angeregt). Das ist das, was du z.B. merkst wenn du vor einem Osterfeuer stehst, deine Vorderseite wird total warm und am Hintern frierst du trotzdem. Die Wärmestrahlung des Feuers erwärmt deine Haut und deine Klamotten. Es gibt auch Heizstrahler, die genau nach diesem Prinzip funktionieren - beliebt z.B. in großen Hallen, wo es völlig unmöglich ist die ganze Luft zu erwärmen. Dies ist auch genau der Weg, wie die Wärme der Sonne durch das Vakuum des Weltalls zu uns auf die Erde kommt. Und weil es eine elektromagnetische Strahlung ist, funktioniert dieser Prozess mit Lichtgeschwindigkeit. Also sehr, sehr viel schneller als der Schall.
Richtig, sobald der Heizstrahler nach dem Einschalten wirklich Wärmestrahlung leistet, spürst du dass es warm wird. Weil die Infrarotstrahlung deine Haut mit Lichtgeschwindigkeit erreicht und diese erwärmt.
bei Schall sind die Bewegungen aller Teilchen gleich gerichtet, bei Wärme zufällig in alle Richtungen.
Wärme breitet sich langsamer aus als Schall, weil sie durch die zufällige Bewegung von Teilchen (Diffusion) übertragen wird.
Schall wird durch schnelle, gerichtete Druckwellen transportiert.
Das liegt an der Wärmeleitfähigkeit von Luft, die ist halt langsamer als Schall. Wärmestrahlung bewegt sich aber mit Lichtgeschwindigkeit
und also wenn man einen heizstraler anstellt, wird es quasi sofort warm, richtig ?