Gleiche Moleküle — unterschiedliche kollektive Zustände.
Die Wassermoleküle selbst bleiben H2O. Der Aggregatzustand beschreibt, wie stark die Moleküle aneinander gebunden sind und wie frei sie sich gegeneinander bewegen können.
Geordnete Eisstruktur; Moleküle schwingen um gebundene Positionen.
Dicht gepackt, aber beweglich; Bindungsnetzwerke werden laufend umgeordnet.
Wasserdampf: große mittlere Abstände und nahezu freie Molekülbewegung.
Temperatur verändert Bewegungsenergie — Druck verändert den verfügbaren Zustandsraum.
Mit steigender Temperatur nimmt die mittlere molekulare Bewegungsenergie zu. Dadurch können Bindungen leichter überwunden werden: Eis kann schmelzen, Flüssigkeit kann verdampfen. Druck verschiebt die Bedingungen, unter denen Phasen miteinander im Gleichgewicht stehen.
Für meteorologische Drücke ist die Schmelztemperatur von Wasser nur schwach druckabhängig, während die Siedetemperatur deutlich mit sinkendem Druck fällt. Genau deshalb siedet Wasser im Gebirge unterhalb von 100 °C.
Sechs Richtungen koppeln Wasser- und Energiehaushalt.
Eis wird zu flüssigem Wasser.
Flüssiges Wasser kristallisiert.
Moleküle verlassen die Flüssigkeit.
Wasserdampf wird flüssig.
Eis geht direkt in Wasserdampf über.
Wasserdampf lagert sich direkt als Eis an.
Jeder Phasenübergang besitzt eine Energieseite. Die quantitative Behandlung der latenten Wärme folgt bewusst erst in M3K9.
Phasengrenzen sind Linien in einem Zustandsraum.
Für reines Wasser lässt sich ein Phasendiagramm im T–p-Raum zeichnen. Auf einer Phasengrenze können zwei Phasen im Gleichgewicht koexistieren. Der Tripelpunkt liegt bei etwa 0,01 °C und 6,12 hPa; oberhalb des kritischen Punkts verschwindet die Trennung zwischen Flüssigkeit und Gas.
Die Atmosphäre ist kein Behälter mit reinem Wasser. Sie ist ein Gasgemisch. Deshalb entscheidet für Wasserdampf nicht der gesamte Luftdruck allein, sondern sein eigener Partialdruck. Diese Unterscheidung wird ab M3K2/M3K3 zentral.
Temperatur und Druck verschieben den Gleichgewichtszustand von reinem Wasser.
Das Lab betrachtet bewusst reines Wasser als Bulk-System, nicht die Feuchte eines Luftgemischs. Im meteorologisch relevanten Druckbereich 300–1013,25 hPa wird die Schmelzgrenze näherungsweise mit 0 °C behandelt; die Siedetemperatur wird aus einer Antoine-Näherung bestimmt.
Atmosphärischer Wasserdampf ist eine Komponente eines Gasgemischs.
Bei 20 °C und 1013 hPa ist reines Wasser als Bulk-System flüssig. Trotzdem kann dieselbe Luft gleichzeitig Wasserdampf enthalten. Das ist kein Widerspruch: Der Wasserdampf besitzt nur einen Teil des Gesamtdrucks — seinen Partialdruck e.
Ob Wasserdampf kondensiert, hängt deshalb vom Verhältnis zwischen aktuellem Dampfdruck und dem temperaturabhängigen Sättigungsdampfdruck ab. Diese Begriffe werden in M3K2 bis M3K5 systematisch aufgebaut.
Wetter entsteht oft dort, wo Wasser die Phase wechselt.
Wasserdampf ist unsichtbar. Sichtbare Wolken bestehen dagegen aus flüssigen Tröpfchen, Eiskristallen oder beiden. Niederschlag transportiert diese kondensierte beziehungsweise gefrorene Wasserphase zur Oberfläche.
Phasenübergänge koppeln damit Stofftransport und Energiehaushalt: Verdunstung kann die Oberfläche kühlen, Kondensation und Gefrieren setzen Energie frei. Quantitativ folgt diese Kopplung in M3K9.
Vier Verwechslungen, die spätere Feuchtephysik blockieren.
Nein. Wasserdampf ist gasförmiges H₂O und unsichtbar; Nebel besteht aus kondensierten Tröpfchen oder Eispartikeln.
Das gilt für ein reines Bulk-Wassersystem im Gleichgewicht. In Luft kann zusätzlich Wasserdampf mit eigenem Partialdruck existieren.
Nein. Verdunstung kann an einer Oberfläche weit unterhalb des Siedepunkts stattfinden; Sieden betrifft Dampfblasenbildung im Flüssigkeitsvolumen.
Nein. Sie sind immer auch Energieprozesse; die zugehörige latente Wärme wird später quantitativ behandelt.
M03 beginnt mit der Zustandsstruktur des Wassers.
Eis, Flüssigwasser und Wasserdampf bestehen aus denselben H₂O-Molekülen.
Temperatur und Druck bestimmen die Gleichgewichtsphase eines reinen Bulk-Systems.
Für atmosphärischen Wasserdampf ist sein Partialdruck entscheidend.
Wasserdampf ist unsichtbar; Wolken und Nebel bestehen aus kondensierter oder gefrorener Phase.
Jeder Phasenwechsel ist zugleich ein Energieprozess.
M3K2 behandelt Wasserdampf als gasförmige Komponente der Luft.
Cross-References
Wie verhält sich gasförmiges H₂O als variable Komponente des atmosphärischen Gasgemischs?