Adiabatische Prozesse

Adiabatische Prozesse ist eine thermodynamische Bezeichnung für Prozesse in abgeschlossenen bzw. von ihrer Umgebung isolierten Systemen. In der Meteorologie stellt man sich darunter ein Luftpaket vor, welches keine Wärme mit seiner Umgebung austauscht und nicht durch äußere Energiequellen wie Sonnen- oder Wärmestrahlung erwärmt wird.
Nach dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik bedeutet adiabatisch, dass sich die Bewegungsenergie aus der temperaturbedingten Molekularbewegung (innere Energie) und die Ausdehnungsarbeit die Waage halten.
Zugeführte Wärme = Änderung der inneren Energie – verrichteter Ausdehnungsarbeit
Adiabatisch: Zugeführte Wärme = 0 --> Änderung der inneren Energie = verrichteter Ausdehnungsarbeit
Steigt ein Luftpaket adiabatisch in die Höhe gerät es unter geringeren Druck und dehnt sich aus. Die für die Ausdehnungsarbeit benötigte Energie wird der molekularen Bewegung entzogen, was wir als Abkühlung bemerken.(Joule-Thomson-Effekt)

Trockenadiabatischer Temperaturgradient

Als Gradient einer Messgröße versteht man den Unterschied der Messungen pro Meter Abstand. Er gibt also die räumliche Zu- oder Abnahme der Messgröße an. Nimmt die Temperatur mit der Höhe trockenadiabatisch ab, so reduziert sie sich alle 100 m um 1° C. Der Temperaturgradient beträgt also 1°C/100m. Kennt man die Bodentemperatur, lässt sich nun einfach die Temperatur in verschiedenen Höhen berechnen. Dies funktioniert allerdings nur, solange kein Wasserdampf kondensiert und sich keine Wolken bilden. Da wir hier von trockenadiabatischen Prozessen ausgehen, haben wir neben äußerer Wärmezufuhr auch Übergänge zwischen verschiedenen Aggregatszuständen ausgeschlossen. Bei Kondensation wird Energie freigesetzt, so dass die Abkühlungsrate aufsteigender Luft pro 100 m auf ca. 0,7 °C gesenkt wird.

Feuchtadiabatischer Temperaturgradient

Setzt während des Luftaufstieges Kondensation ein, so wird die bei der Verdunstung von Wasser verbrauchte Energie wieder freigesetzt, die sogenannte latente Wärme. Diese ist so stark, dass sie den adiabatischen Abkühlungsprozess verlangsamt und der Temperaturgradient je nach Wasserdampfgehalt zwischen 0,6°C/100m und 0,5°C/100m beträgt. Werden in dem abgeschlossenen System Phasenübergänge (meistens von Wasser) zugelassen, so spricht man von feuchtadiabatischen oder auch sättigungsadiabatischen Prozessen.