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{{Dieser Artikel|behandelt den physikalischen Effekt des Abkühlens. Zur Abkühlung im Sinne des Abklingens heftiger [[Emotion]]en und seelischer Spannungen siehe [[Chillen]].}}

Als '''Abkühlung''' werden Vorgänge bezeichnet, bei denen ein Gegenstand oder ein System von Gegenständen [[Thermische Energie]] verliert. Der Vorgang kann in allen [[Aggregatzustand|Aggregatzuständen]] 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 eine [[Wärme|Erwärmung]]. Die Umgebungstemperatur kann auch eine Wärmestrahlung darstellen.

== Theorie (Thermodynamik) ==
Bei Feststoffen und Flüssigkeiten verläuft die [[Wärmeübertragung]] (bzw. der Entzug der Wärme) entsprechend dem [[Temperaturgradient]]en. Dabei wirken drei Prozesse in unterschiedlichem Ausmaß:
* [[Wärmeleitung]] (vorwiegend bei Feststoffen und Flüssigkeiten)
* [[Wärmestrahlung]] (meist schwächer)(in der Natur vor allem [[Sonneneinstrahlung]] und nächtliche Abstrahlung)
* [[Advektion|Ad]]- bzw. [[Konvektion]]
Das Ergebnis dieser Prozesse ist ein Temperaturausgleich (siehe 3. Satz der [[Thermodynamik]]). Er resultiert immer in einer Erhöhung der gesamten [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]] – 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 seinen [[Innenraum]] kühlen, während die Durchschnittstemperatur des gesamten Raumes steigt.

Weitere Einflussgrößen bei Erwärmungs- oder Abkühlungsprozessen sind
* die [[Konvektion]] (bei Festkörpern Null, bei Gasen meist hoch, bei Flüssigkeiten im mittleren Bereich)
* der [[Wärmeleitkoeffizient]] und die [[Wärmekapazität]]
* die [[Adiabatische Zustandsänderung|adiabatische Abkühlung]], beispielsweise in der [[Erdatmosphäre]] bei Ab- und [[Aufwind]]en
* der mittlere [[Atmosphärischer Temperaturgradient|Temperaturgradient der Atmosphäre]] (durchschnittlich 5–7 °C pro Kilometer) und die [[Luftfeuchtigkeit]]
* generell die [[Gasgesetze]] und der [[Joule-Thomson-Effekt]]
* das mittlere Wetter und der [[Niederschlag]]
* die [[Albedo]] (Rückstrahl-Koeffizient) des Bodens und der Pflanzen (auch vom Niederschlag abhängig)
* fallweise Prozesse der [[Kondensation]] und der [[Resublimation]]

== Abkühlungsvorgänge in der Natur ==
In natürlichen Systemen sind die wirksamsten Formen der Abkühlung
* die nächtliche Abkühlung durch [[Abstrahlung]],
* die [[Advektion]] (Kontakt zu kälteren Gegenständen)
* die Abkühlung durch [[Verdunstung]] (Entzug der [[Verdunstungswärme]])
* und die [[Ventilation]] (Wind, Bewegung).

Die Geschwindigkeit, mit der die [[Temperatur]] des Körpers oder Gegenstandes sinkt, hängt ab
* von den äußeren Gegebenheiten (wirksame Temperaturdifferenz, [[Luftfeuchtigkeit]], Strahlungsverhältnisse, Wind, Reibung usw.)
* sowie den thermischen Eigenschaften des Körpers oder Fluids ([[spezifische Wärme]], Oberflächenbeschaffenheit, [[Porosität]] usw.),
* und seiner allfälligen [[Wärmedämmung|Isolation]] (Boden, Verwitterungs- oder Baumrinde, Fell, Federkleid).

=== Nächtliche Abkühlung ===
In der Nacht sinkt die [[Lufttemperatur]] i. a. um einige Grad, in extremen [[Klima]]ten – etwa in den [[Polargebiet]]en oder auch in [[Tropen|tropischen]] [[Gebirgsklima|Hochgebirgsklimaten]] – um bis zu 30 [[Grad Celsius|°C]]. Die Ursache hierfür ist die Abstrahlung (Infrarot- oder [[Wärmestrahlung]]) des erwärmten [[Boden (Bodenkunde)|Bodens]], die besonders bei klarem Himmel wirksam ist. Der tagsüber durch die [[Sonnenstrahlung]] erwärmte und am frühen Nachmittag einem thermischen Gleichgewicht zustrebende Boden kühlt sich im Regelfall zwar langsamer als die Luft ab, jedoch rascher als [[Gewässer]]. Dadurch kommt es zu thermischen Inversionen bzw. zur Entstehung von lokalen Windsystemen, die den Tagwinden annähernd entgegengesetzt sind (siehe [[Land-See-Windsystem]] in der Nähe von Meeresküsten).

Die nächtliche Abkühlung lässt schlagartig nach oder kehrt sich sogar um, wenn am [[Nachthimmel]] Wolken aufziehen oder der [[Taupunkt]] erreicht ist. Im ersten Fall verringert sich die Abstrahlung, weil die [[Bewölkung]] isolierend wirkt; im zweiten Fall wird der Luft die [[Kondensationsenthalpie]] 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 in [[Mitteleuropa]] um ungefähr 14 Uhr [[MEZ]] (bzw. 15 Uhr Sommerzeit) auf, das Temperaturminimum meist kurz vor [[Sonnenaufgang]] (siehe auch [[Morgentau]]).
[[Datei:TEMP.Wien-Sbg-Ibk(Max Min 30.8.-4.9)txt.png|miniatur|450px|Temperaturextreme im Spätsommer 2006]]

Während der Temperaturverlauf in Bodennähe die erwähnte Amplitude von einigen Grad bis Zehnergrad aufweist, ist die [[Bodentemperatur]] schon in einer Tiefe von einigen Zentimetern bereits merklich ausgeglichener. In 1 Meter Tiefe (siehe auch [[Frosttiefe]]) oder in Höhlen kann die tägliche, aber auch die jahreszeitliche Temperaturänderung weitgehend verschwinden, was von den Bodeneigenschaften und der Geologie, dem [[Bewuchs]], dem [[Wassergehalt]] und dem Klimaverlauf abhängt.

Bei besonderen Wetterlagen kann der Unterschied zwischen Tages- und Nachttemperatur fast null sein, bei Durchzug einer [[Warmfront]] sich sogar umkehren. Ein Beispiel einer unüblichen [[Wetterlage]] mit außergewöhnlich geringer nächtlicher Abkühlung zeigt die nebenstehende Abbildung.

== Abkühlung durch technische Maßnahmen ==
In der Technik wird die geplante ''Abkühlung'' als ''[[Kühlung]]'' bezeichnet. Sie kann z. B.
* zur Herstellung eines Zustands von [[Thermisches Gleichgewicht|thermischem Gleichgewicht]] dienen,
* zum Abführen von [[Reibung]]s- oder [[Verlustwärme]] an bewegten oder sonst wie erwärmten [[Bauteil (Technik)|Bauteilen]],
* und insbesondere zur Vermeidung von Überhitzung erfolgen.
* Abkühlung kann durch [[Temperaturmessung]] festgestellt, durch [[Temperaturregler|Thermostaten]] bzw. [[Gebäudeheizung|Heizung]] egalisiert oder ihre Wirkung durch [[Kalibrierung]] modelliert werden. [[Konservierung]]szwecke bei Biomaterial.
* beim [[Schmelzschleudern]] werden die höchsten Abkühlraten erreicht (<math>\approx 10^7 K/s</math>)
* bei der passiven Abstrahlungskühlung wird Solarenergie mittels Spezialfolien reflektiert bzw. in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt und zum Teil durch das [[Atmosphärisches Fenster|atmosphärische Fenster]] ins Weltall abgestrahlt.<ref>[https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/bioinspiriert-coole-folie-entwickelt/ ''Bioinspiriert: „Coole“ Folie entwickelt''], wissenschaft.de, 15. Juni 2020</ref>

== Siehe auch ==
* [[Wärmeströmung]], [[Wasserkühlung|Wasser]]-, [[Luftkühlung]]
* [[Kühlkörper]] (technisch und biologisch), [[Abkühlungsgröße]]
* [[Gefriervermögen]], [[Erstarrung]], [[Gießbarkeit]]
* [[Astronomische Refraktion]], [[Vertikalgradient]]
* [[Wärmepumpe]], [[Kältemaschine]]
* [[Unterkühlung]]

== Belege ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4279871-1}}

{{SORTIERUNG:Abkuhlung}}
[[Kategorie:Wetterbeobachtung und -vorhersage]]
[[Kategorie:Kältetechnik]]

Abkühlung - Versionsgeschichte

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