AlsAbkühlung werden Vorgänge bezeichnet, bei denen ein Gegenstand oder ein System von GegenständenThermische Energie verliert. Der Vorgang kann in allenAggregatzuständen eines Objektes stattfinden. Die Materie kühlt sich exponentiell ab, wenn die Umgebungstemperatur geringer ist als die Temperatur der Materie. Ist die Temperatur größer, handelt es sich um eineErwärmung. Die Umgebungstemperatur kann auch eine Wärmestrahlung darstellen.
Bei Feststoffen und Flüssigkeiten verläuft dieWärmeübertragung (bzw. der Entzug der Wärme) entsprechend demTemperaturgradienten. Dabei wirken drei Prozesse in unterschiedlichem Ausmaß:
Das Ergebnis dieser Prozesse ist ein Temperaturausgleich (siehe 3. Satz derThermodynamik). Er resultiert immer in einer Erhöhung der gesamtenEntropie – d. h. einer Umwandlung verschiedener Energieformen in thermische Energie.
In einem abgeschlossenen System ist daher eine durchgängige (Ab)kühlung unmöglich: Die thermische Energie eines nach außen isolierten Systems kann nur steigen, aber nicht sinken. Im technischen Bereich kann z. B. ein Kühlschrank nur seinenInnenraum kühlen, während die Durchschnittstemperatur des gesamten Raumes steigt.
Weitere Einflussgrößen bei Erwärmungs- oder Abkühlungsprozessen sind
In natürlichen Systemen sind die wirksamsten Formen der Abkühlung
Die Geschwindigkeit, mit der dieTemperatur des Körpers oder Gegenstandes sinkt, hängt ab
In der Nacht sinkt dieLufttemperatur i. a. um einige Grad, in extremenKlimaten – etwa in denPolargebieten oder auch intropischenHochgebirgsklimaten – um bis zu 30°C. Die Ursache hierfür ist die Abstrahlung (Infrarot- oderWärmestrahlung) des erwärmtenBodens, die besonders bei klarem Himmel wirksam ist. Der tagsüber durch dieSonnenstrahlung erwärmte und am frühen Nachmittag einem thermischen Gleichgewicht zustrebende Boden kühlt sich im Regelfall zwar langsamer als die Luft ab, jedoch rascher alsGewässer. Dadurch kommt es zu thermischen Inversionen bzw. zur Entstehung von lokalen Windsystemen, die den Tagwinden annähernd entgegengesetzt sind (sieheLand-See-Windsystem in der Nähe von Meeresküsten).
Die nächtliche Abkühlung lässt schlagartig nach oder kehrt sich sogar um, wenn amNachthimmel Wolken aufziehen oder derTaupunkt erreicht ist. Im ersten Fall verringert sich die Abstrahlung, weil dieBewölkung isolierend wirkt; im zweiten Fall wird der Luft dieKondensationsenthalpie der Nebeltröpfchen zugeführt.
Der Unterschied zwischen Tages- und Nachttemperatur wird üblicherweise durch eine Temperaturkurve oder durch Angabe von Maximal- und Minimaltemperatur erfasst. Das Temperaturmaximum tritt inMitteleuropa um ungefähr 14 UhrMEZ (bzw. 15 Uhr Sommerzeit) auf, das Temperaturminimum meist kurz vorSonnenaufgang (siehe auchMorgentau).
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Während der Temperaturverlauf in Bodennähe die erwähnte Amplitude von einigen Grad bis Zehnergrad aufweist, ist dieBodentemperatur schon in einer Tiefe von einigen Zentimetern bereits merklich ausgeglichener. In 1 Meter Tiefe (siehe auchFrosttiefe) oder in Höhlen kann die tägliche, aber auch die jahreszeitliche Temperaturänderung weitgehend verschwinden, was von den Bodeneigenschaften und der Geologie, demBewuchs, demWassergehalt und dem Klimaverlauf abhängt.
Bei besonderen Wetterlagen kann der Unterschied zwischen Tages- und Nachttemperatur fast null sein, bei Durchzug einerWarmfront sich sogar umkehren. Ein Beispiel einer unüblichenWetterlage mit außergewöhnlich geringer nächtlicher Abkühlung zeigt die nebenstehende Abbildung.
In der Technik wird die geplanteAbkühlung alsKühlung bezeichnet. Sie kann z. B.
