Warum hat feuchte Luft eine geringere Dichte?

Warum hat feuchte Luft eine geringere Dichte?

Die Aussage, dass feuchte Luft leichter ist als trockene Luft, ist korrekt, aber die Begründung, die lediglich auf der geringeren Masse des Wassermoleküls im Vergleich zu Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen beruht, ist vereinfacht und vernachlässigt einen wichtigen Faktor. Während die unterschiedliche Molekülmasse tatsächlich einen Einfluss hat, ist die physikalische Erklärung komplexer.

Feuchte Luft hat eine geringere Dichte als trockene Luft, weil Wassermoleküle die vorhandenen Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle im Luftvolumen ersetzen. Ein Kubikmeter Luft enthält bei gleicher Temperatur und Druck mehr Wassermoleküle als ein Kubikmeter trockener Luft. Wasser hat eine geringere molare Masse als Luft, aber dieses Argument vernachlässigt den entscheidenden Punkt, dass ein Volumen Luft mit Wassermolekülen weniger „massiv“ ist, als ein identisches Volumen trockener Luft.

Der entscheidende Faktor ist das Molekulargewicht und die molare Masse der Luft. Die molare Masse von trockener Luft liegt bei etwa 28,97 g/mol, während die von Wasser bei 18,02 g/mol liegt. Da die Wassermoleküle im Vergleich zu den Luftbestandteilen einen deutlich geringeren Anteil an der Gesamtmasse im Volumen ausmachen, hat feuchte Luft eine geringere Dichte als trockene Luft bei gleichem Druck und gleicher Temperatur.

Es ist zwar richtig, dass Wassermoleküle eine geringere Masse haben, aber der Effekt ist nicht allein auf diesen Unterschied zurückzuführen. Die Einlagerung von Wassermolekülen in das Luftvolumen verändert den durchschnittlichen Massenmittelwert pro Volumeneinheit. Das bedeutet, dass der durchschnittliche Massenanteil des Gasgemisches durch das Einbringen von Wassermolekülen reduziert wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die geringere Dichte feuchter Luft auf die geringere molare Masse der Wassermoleküle zurückzuführen ist, die den Anteil der Gesamtmasse im Luftvolumen reduzieren, was eine geringere Dichte nach sich zieht. Die geringere Masse des einzelnen Wassermoleküls ist nur ein Teil der komplexeren physikalischen Zusammenhänge. Die Kompressibilität spielt bei der Dichteänderung nur eine marginale Rolle, da die Dichteänderungen im Wesentlichen durch das unterschiedliche Molekulargewicht der Bestandteile bestimmt werden.