Warum ist es auf dem Berg kalt?

[Skeptiker]

in dem das Volumen eines Luftpakets, ohne es zu erhitzen, künstlich „adiabatisch“ vergrößert wird.

Das ist ein Missverständnis der Thermodynamik. Eine adiabatische Zustandsänderung ist per Definition ein Prozess ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung – also weder künstlich noch unrealistisch, sondern ein idealisierter, aber physikalisch möglicher Grenzfall.
Wenn ein Luftpaket aufsteigt, dehnt es sich wegen des abnehmenden Umgebungsdrucks aus. Diese Expansion geschieht nicht durch äußere Wärmezufuhr, sondern mechanisch durch Druckunterschiede. Da diese Expansion Arbeit erfordert (das Luftpaket „arbeitet“ gegen den Umgebungsdruck), kühlt es sich ab.

Dann wird dieses Luftpaket „adiabatisch“ in eine Höhe gebeamt, die seinem Luftdruck entspricht.

Das ist eine polemische Beschreibung, die nicht der wissenschaftlichen Methodik entspricht. Natürlich wird ein Luftpaket nicht gebeamt, sondern durch Konvektion transportiert, d.h. durch Auftrieb.
Wenn ein Luftpaket wärmer und damit leichter ist als die Umgebungsluft, steigt es auf.
Beim Aufsteigen nimmt der Umgebungsdruck ab, das Paket dehnt sich aus, und die Temperatur sinkt

So könnte das Luftpaket natürlich seiner Umgebung Wärme entziehen.
Dann endet die Rechnung.

Falsch. Der adiabatische Temperaturgradient ist experimentell bestätigt – durch Ballonsonden, Radiosonden und Flugzeuge. Auch numerische Wettermodelle basieren auf diesen Gleichungen und liefern täglich zuverlässige Vorhersagen.
Das Konzept ist zentral in der Meteorologie zur Beschreibung der Stabilität der Atmosphäre:
Ist die Temperaturabnahme mit der Höhe geringer als der adiabatische Gradient, ist die Atmosphäre stabil.
Ist sie größer, ist die Atmosphäre labil

Luft steigt nur auf, wenn und solange sie wärmer als ihre
Umgebung ist.

Richtig ist: Warme Luft steigt auf, weil sie eine geringere Dichte hat – das ist der Auftrieb nach dem Archimedischen Prinzip.
Falsch ist: Dass das Luftpaket dabei Wärme entziehen würde. Beim adiabatischen Aufstieg geschieht kein Wärmeaustausch, aber die Temperatur sinkt trotzdem – durch mechanische Arbeit (Expansion gegen Druck).
Ein Luftpaket, das aufsteigt, kühlt sich adiabatisch ab, auch wenn es ursprünglich wärmer war. Wenn es in eine Höhe kommt, in der es die gleiche Temperatur wie die Umgebung hat, hört es auf zu steigen.

Damit kann sie aber ihrer Umgebung keine Wärme entziehen, sondern nur Wärme nach oben
transportieren, wie man es leicht in jedem Treppenhaus nachmessen kann.
Dort ist bekannter Weise die Luft oben wärmer als unten.

Das ist ein unpassender Vergleich. In einem Treppenhaus wirken ganz andere Bedingungen:
Geschlossene Umgebung, geringe Luftbewegung,
Heizquellen im unteren Bereich (z. B. Keller),
Wärmestau unter dem Dach.
In der freien Atmosphäre hingegen sind die Prozesse dynamisch und durch Druck, Temperatur und Feuchtigkeit getrieben – inklusive adiabatischer Prozesse, Strahlung, Turbulenz, etc.

[Rudi Knoth]

Frage an Skeptiker und hmpf:
Warum gibt es oben Wolken? Kann dies nicht daher kommen, daß die aufsteigende Luft sich durch adiabatische Abkühlung während des Aufstieges soweit abkühlt, daß wegen der niedrigeren Temperatur der Wasserdampf kondensiert?

Gruß
Rudi Knoth

[Skeptiker]

[b][size=150]Sie haben es kapiert! Bravo!

Das sage ich schon die ganze Zeit!

… wenn das Luftpaket beim Aufstieg also nicht kälter als die Umgebung wird,
wie kann es dann die Umgebung abkühlen?

Es kommt so kalt dort oben an.

[Skeptiker]

Wenn ein Luftpaket nicht kälter als seine Umgebung werden kann, sonst würde es ja wieder sinken,
wie kann dann Wärme von der Umgebungsluft in das gleichwarme aufgestiegene Luftpaket fließen?

Es fließt praktisch keine Wärme von einem Luftpaket in ein anderes. Es kühlt sich beim Aufstieg einfach ab.

[Frau Holle]

Wenn ein Luftpaket nicht kälter als seine Umgebung werden kann, sonst würde es ja wieder sinken,
wie kann dann Wärme von der Umgebungsluft in das gleichwarme aufgestiegene Luftpaket fließen?

Du fragst wie etwas geschehen kann, was gar nicht geschieht?
Was zum Geier soll dieser ausgemachte Blödsinn?

Es fließt keine Wärme von der Umgebungsluft in das gleichwarme aufgestiegene Luftpaket, und auch nicht umgekehrt!

Deine Frage wie es sein kann und wie das Luftpaket die gleichwarme Umgebungsluft kühlen oder ihr Wärme entziehen soll ist total unsinnig! Begreifst du das denn wirklich nicht?
 

[Skeptiker]

Die Physik sagt etwas anderes!

Die Physik sagt, die Wärmeleitfähigkeit ist praktisch vernachlässigbar, die adiabatische Abkühlung ist bedeutend grösser.

[Skeptiker]

Wie kann denn irgendeine (adiabatische) Abkühlung Wärme aus der Atmosphäre „verschwinden“ lassen?

Wärmeleitfähigkeit kann sie auch nicht "verschwinden" lassen.

[Frau Holle]

Wenn ein Luftpaket nicht kälter als seine Umgebung werden kann, sonst würde es ja wieder sinken,wie kann dann Wärme von der Umgebungsluft in das gleichwarme aufgestiegene Luftpaket fließen?

Du fragst wie etwas geschehen kann, was gar nicht geschieht? ...

Somit geben Sie mir ja recht!

Womit gebe ich dir recht?

Also kann ein real aufsteigendes und sich dabei selbst abkühlendes Luftpaket keine Temperaturdifferenz
in der Atmosphäre erzeugen.

Die Temperaturdifferenz wird durch Umwandlung von Wärmeenergie in Arbeit erzeugt und aufrecht erhalten.

Ein real aufsteigendes und sich dabei selbst abkühlendes Luftpaket kann keine Temperaturdifferenz abbauen. Da es sich selbst abkühlt, ist es nach dem Aufstieg oben immer kälter als vorher unten und gleich kalt wie seine Umgebung oben. Diese kann es weder kühlen noch erwärmen.

Es kann nur die ihm unten zugeführte Wärme nach oben weiterleiten.

Wärme ist Energie. Die wird nicht einfach weitergeleitet sondern beim Aufstieg verbraucht, in Arbeit umgewandelt, wobei die Temperatur sinkt und folglich oben tiefer ist als unten.
 

[Skeptiker]

[Die Abkühlung bei zuvor erwärmter Luft auch nicht.

Natürlich ist Abkühlung der Grund, Abkühlung heißt ja es wird kälter.

[Frau Holle]

Also kann ein real aufsteigendes und sich dabei selbst abkühlendes Luftpaket keine Temperaturdifferenz
in der Atmosphäre erzeugen.

Die Temperaturdifferenz wird durch Umwandlung von Wärmeenergie in Arbeit erzeugt und aufrecht erhalten.

Ein real aufsteigendes und sich dabei selbst abkühlendes Luftpaket kann keine Temperaturdifferenz abbauen. Da es sich selbst abkühlt, ist es nach dem Aufstieg oben immer kälter als vorher unten und gleich kalt wie seine Umgebung oben. Diese kann es weder kühlen noch erwärmen.

Warum ist denn das Luftpaket aufgestiegen?
Weil es kälter als die Umgebungsluft war?
Es ist aufgestiegen, weil es wärmer als seine Umgebungsluft war.

Mit Betonung auf war. Das ist Vergangenheit. Oben ist es nicht wärmer als die Umgebungsluft, denn es hat sich selbst abgekühlt auf die Temperatur der bereits vor dem Aufstieg kälteren Umgebungsluft oben.

Wie lange ist es aufgestiegen?
Es stieg auf, bis es genauso kalt oder warm war wie seine Umgebungsluft.
Was ist während des Aufstiegs passiert?

Da ist folgendes passiert:
1. Es hat sich selbst innerlich stark abgekühlt durch adiabatische Zustandsänderung, weil die Wärmeenergie Arbeit leistet, was die Temperatur senkt.
2. Es wurde von außen ein bisschen abgekühlt durch Wärmeleitung in die jeweilige Umgebungsluft. Diese wurde dabei ein bisschen erwärmt.
3. Solange es trotzdem noch wärmer als die Umgebungsluft war, ist es weiter gestiegen.

Punkt 1 ist wie wenn man beim Radrennen dem Sportler im Vorbeifahren eine Trinkflasche reicht. Das hilft ihm zwar ein bisschen, aber trotzdem leistet er selber viel Arbeit und verliert zunehmend Energie. Am Ende hat er keine Energie mehr und ist ausgepowert, genau wie alle anderen Sportler, die nicht weiter fahren, weil sie entweder auf der Zielgeraden oder bereits unterwegs am Ende ihrer Kräfte sind. Die sind alle am Start voller Energie und am Ende ohne Energie. Das ist eine permanente Energiedifferenz auf der ganzen gefahrenen Streckenlänge. Im Unterschied zur Radrennen ist die Zielgerade in der Troposphäre aber flexibel. Die Zielgerade (Tropopause) ist immer genau dort, wo das energiereichste Luftpaket all seine Energie verloren hat. Die Strecke ist über dem Äquator am längsten.

Das aufsteigende Luftpaket hat die unten erhaltene Wärme an seine Umgebungsluft weitergegeben.

Aber nur minimal durch Wärmeleitung. Dass sich aufsteigende Luft (in erheblichem Maß) auch selbst abkühlt, was du oben noch eingeräumt hast, blendest du jetzt einfach aus und widersprichst dir damit selber. So beschreibst du nur einen kleinen Teilaspekt (Wärmeleitung) und behauptest es wäre der einzige.

Damit ist die vom Erdboden in die Atmosphäre eingeleitete Wärme zusätzlich zur statischen Wärmeleitung
durch Wärmefortführung oder Wärmemitführung verstärkt weitergegeben worden.
Eine Temperaturdifferenz ist nicht einmal ansatzweise erzeugt worden.

Ohne Temperaturdifferenz könnten am Boden erhitzte Luftpakete gar nicht aufsteigen. Temperaturdifferenzen am Boden entstehen nun mal, zwischen Land/See, zwischen Tag/Nacht, zwischen unterschiedlichen Breitengraden etc. Dadurch steigen permanent Luftpakete vom Boden auf oder sinken ab.

Denn die Atmosphäre ist mechanisch nicht stabil wie dein Autoreifen im Inneren. Die kälteste Luft mit dem geringsten Luftdruck landet immer oben, weil sich wärmere Luft nun mal nach oben bewegt und dabei Temperatur verliert. Das gilt auch für die etwas erwärmte Umgebung eines wärmeren, aufsteigenden Luftpakets: Sie ist dann ihrerseits wärmer als die weitere Umgebung, steigt also auch etwas höher, kühlt sich selbst dabei ab und hält so eine Temperaturdifferenz mit zunehmender Höhe aufrecht.

Im Gegenteil, eine vorhandene Temperaturdifferenz ist dadurch sogar abgebaut worden.

In allen Höhen mit Atmosphäre ist es wegen der Wärmeleitung (auch durch aufsteigende Luft) natürlich wärmer als ohne Atmosphäre, aber aus den genannten Gründen niemals in allen Höhen gleich. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein mit stabiler Durchschnittstemperatur und permanent kälterer Luft weiter oben.