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Energie und Entropie, Physik im Alltag und Naturphänomene, Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Noch einmal Kristalle…

Wer gedacht hätte, dass die Eiskristalle erst einmal vorbei sind, sieht sich zumindest in unserer Gegend eines Besseren belehrt. Die jungen Blätter sind mit feinen Eiskristallen besetzt und vermitteln alles andere als ein Gefühl des Frühlings. Allerdings muss ich zugeben, dass zumindest die grünen Pflanzen, die einige Grad unter Null vertragen können, auf eine ästhetisch ansprechende Weise veredelt erscheinen. Einige andere Pflanzen ließen ihre Blätter traurig hängen und wie es den Obstblüten ergangen ist, wird sich spätestens bei Bildung der Früchte zeigen.

Der Reif besteht aus vielen kleinen Eiskristallen. Sie bilden sich, wenn die Temperatur sinkt und die maximale Luftfeuchte die absolute unterschreitet. Dabei kondensiert der überschüssige Wasserdampf zu Tautropfen, die bei weiterer Temperaturabnahme des Blattes kristallisieren. Dieses Phänomen hat mit der Tatsache zu tun, dass kleine Körper an einer kalten Umgebung schneller auskühlen als größere.
Der Grund: Kleine Körper haben eine im Vergleich zu ihrem Volumen größere Oberfläche als größere. Die Oberfläche ist aber maßgeblich für die Abgabe von Wärme an die kältere Umgebung. Das kann man sich folgendermaßen klarmachen: die Oberfläche eines Körpers nimmt grob gesagt mit dem Quadrat seiner Größe (Länge, Radius…) das Volumen aber mit der dritten Potenz zu. Und wenn nun der Körper beispielsweise um den Faktor 10 verkleinert wird, so verkleinert sich die Oberfläche um den Faktor 100 und das Volumen sogar um den Faktor 1000. Das Volumen und damit die zum Volumen proportionale innere Energie des Körpers nehmen also um den Faktor 10 stärker ab als die Oberfläche. Daher kühlt der kleinere Körper etwa 10-mal schneller ab als der größere. Diese für den Wärmeverlust wichtige Oberflächen-Volumen-Relation spielt bei der Abkühlung der Blätter eine wichtige Rolle. Die vom Blatt abstehenden winzigen Zacken und Härchen sind besonders klein und geben daher ihre Energie sehr schnell durch Wärmstrahlung ab, sodass vornehmlich an diesen Stellen der Wasserdampf der Luft kondensiert und schließlich kristallisiert.

Diskussionen

6 Gedanken zu “Noch einmal Kristalle…

  1. Schönes Bild ! Aus meiner Sicht, wird es Zeit, daß der Mensch sich veredelt … aber nicht mit Eis, sondern mit Liebe, Erkenntnis und Mut ! 🙂

    Verfasst von hollaholle | 26. April 2021, 17:18
  2. Ich befasse mich „aus gutem Grund“ näher mit dem Text.

    „die maximale Luftfeuchte die absolute unterschreitet. “
    Dda wird es schwierig.
    Ich interpretiere: „absolute“ = vorhandene?!

    „Dieses Phänomen hat mit der Tatsache zu tun, dass kleine Körper an einer kalten Umgebung schneller auskühlen als größere.“
    Wir hatten so etwas beim Autodach zur Erde, wenn die Nacht kommt => Zierblumen..

    „Das Volumen und damit die zum Volumen proportionale innere Energie des Körpers nehmen also um den Faktor 10 stärker ab als die Oberfläche. “
    Ich könnte mir das mit GOV merken.

    „Die vom Blatt abstehenden winzigen Zacken und Härchen sind besonders klein und geben daher ihre Energie sehr schnell durch Wärmstrahlung ab“
    So kann man nachts überprüfen, was an einem Blättchen glatt ist und was nicht!

    Hoffe, Du entschuldigst, daß ich das so seziert hatte. 🙂

    Verfasst von kopfundgestalt | 26. April 2021, 17:26
    • Je nach Temperatur kann nur ein bestimmter Prozentsatz von Wasserdampf in der Atmosphäre sein. Das ist die maximale Feuchte. Wenn der tatsächliche Wasserdampfgehalt, die tatsächliche (absolute) Feuchte, höher liegen (z.B. weil die Temperatur sinkt, mit der die maximale Feuchte abnimmt), muss der überschüssige Wasserdampf in flüssiges Wasser übergehen. Das passiert folglich an den kältesten Stellen.
      Was die Volumen-Flächen-Relation betrifft, so muss man sich doch nur merken, dass die Fläche (Länge mal Breite) mit dem Quadrat der Größe (z.B. Radius) wächst und das Volumen (Länge x Breite x Höhe) mit der Größe hoch 3. Das ist eigentlich reine Geometrie.
      Und ja, an den Reifstellen kann man meistens kleine Teile (z.B. Rauigkeiten) erkennen.
      Ich hatte das etwas verkürzt dargestellt, weil ich das Thema schon sehr oft hatte und von dir als gründlichen Leser auch schon mal der Hinweis kam „das hast du schön öfter gesagt“.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 26. April 2021, 20:42
      • „das hast du schön öfter gesagt“.

        Was bedeutet der Satz (bei mir)?
        Nichts anderes, als daß ich den Satz wiedererkenne. Keinesfalls: „Genug“! Schon oft gelesen“.
        Ausserdem kann man nur lernen, wenn man Sachen wiederfindet. Das ist ja z.b. bei der Flächen-Volumen-Relation der Fall.

        Danke für die Erklärung des Sprachgebrauchs ! 🙂

        Verfasst von kopfundgestalt | 26. April 2021, 21:09

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