Temperatur Flashcards
Energiequellen der Erde
Reflektion und “Re Radiation” von Sonnenenergie (4.000)
Geothermale Energie aus dem Erdinneren (1)
Gezeitenenergie durch Reibung (0,1)
Elastische Energie in Erdbeben (0,01)
Temperatur an der Erdoberfläche beeinflusst durch:
Wärmeeinstrahlung der Sonne
Wärmeabstrahlung in den Weltraum
Wärme aus dem Erdinneren hat für Oberflächentemp kaum Effekt
Formel Temperatur
T^4 = 1/4 S_0*(1-alpa)*(1/sigma) T: Temperatur S_0: Solarkonstante sigma: Boltzmann Konstante alpha: albedo (gibt Reflexion der eingestrahlten Leistung an)
Eindringtiefe von Temperaturstörungen
Starke T haben geringe Eindringtiefe (je tiefer messbar desto langwelliger)
Langsame Änderungen von T dringen tiefer in Erde ein (ab 80 cm Tagesvariationen weg)
Rekonstuktionen aus Bohrlloch messungen möglich (zunehmende Tiefe - zunehmende Phasenverschiebung)
Nutzung der Erdwärme
Oberflächennahe Nutzung der Erdwärme
Wärme und Kälte Speicherung in Aquiferen
hydrothermale Lagerstätten
Hot Dry Rock systeme
Direkte Wärmenutzung und Stromerzeugung
Quellen Temperatur im Erdinnern
Anganfswärme aus Kompression der Erdmasse und Meteoriteneinschlägen (etwa 30-40% der heute in der Erde gespeicherten Energie)
Wärme aus radioaktiven Zerfallsprozessen in der Kruste
Abstrahlung von Wärme
seit der Entstehung - so Bildung der Kruste, Schlechter Wärmeleiter- Wärme nur langsam nach Außen abgegeben
Wärmeleitfähigkeit
Stoffeigenschaft
beschreibt Energietransport: gibt an welche Wärmemenge in 1s durch eine 1m dicke Stoffschicht mit der Fläche 1 m^2 fließt bei ∆T = 1 K
Einheit: (W/mk)
Formelzeichen Wärmeleitfähigkeit
k
Formel mit Wärmestromdichte
q = -k * (dT/dz)
q: Wärmestromdichte
k: Temperaturleitfähigkeit
dT/dz : Temperatur gradient
Temperaturleitfähigkeit
Stoffeigenschaft
beschreibt zeitliche Änderung der räumlichen Verteilung der Temperatur
Formelzeichen: kappa oder a
Einheit m^2/s
Formel Temperaturleitfähigkeit
kappa = k* 1/(rho*c)
rho : Dichte
c: spezifische Wärmekapazität
Wärmetransport Mechanismen
Wärmeleitung (Konduktion in Kruste)
Konvektion (in Mantel)
Strahlung (nicht IN der Erde)
Konduktion
Entscheidender Wärmetransport in der Kruste ( in Mantel 2 Gr. Ord. kleiner)
Zeitabhängige Wärmeleitung wird beschrieben durch Wärmeleitungsgleichung
Formel Wärmeleitungsgleichung
rho * c_p *(dT/dt) = k*(d^2T /dz^2)- rho H rho: Dichte c_p: Spezifische Wärme T: Temperatur (in Kelvin) k: Wärmeleitfähigkeit H: Wärmeproduktion
Wärmestrom
Ist Wärmestromdichte furch eine Fläche
fließt von Warm nach kalt
q von Temperaturgradient und Wärmeleitfähigkeit abhängig
Formel Eindringtiefe
d^2 = 2k/w d: Tiefe k : Tempertaurleitfähigkeit w = 2π/T T: Periode der Störung
Diffusionszeit Formel
t = z^2 /k z : Entfernung
k: Temperaturleitfähigkeit
Mechanismus Konvektion
Erwärmung von unten oder Innen Abkühlung von Oben Thermische Ausdehnung führt zu Auftrieb heißes Material steigt auf kühlt sich an Oberfläche ab sinkt als kaltes Material wieder ab
Rayleigh Zahl Formel
Ra = rho* alpha* g*∆T*h^3/(µ*k) rho: Dichte k: Temperaturleitfähigkeit g: Schwerebeschleunigung ∆T: Temperaturgradient h: Entfernung zwischen T1 T2 µ: Viskosität alpha: Volumenausdehnungskoeffizient
kritische Rayleigh Zahl im Mantel
1107, ab dann tritt Konvektion auf
Konvektion im Erdmantel
Bedingungen gegeben Antrieb für Plattentektonik Bedingungen komplizierter: sphärische Geometrie Heizung unten (KMG) und innen (Radioaktivität) Viskosität ist abhängig von Temperatur und Druck Dichte ist Abhängig von Tiefe Es liegen Phasenänderungen vor
äußere Wärmequellen
Solare Einstrahlung (netto 0,0032-0,032TW) Gezeitenreibung(0,11TW)
innere Wärmequellen
Ursprungswärme (7,5TW)
latente Wärme und potentielle Energie (2,73 TW)
Reibungswärme durch Erdbeben(0,36-2,5TW)
