Luftdruck
Ein Druck tritt auf, wenn ein Körper mit einer Kraft auf eine Fläche wirkt. Diese Kraft kann auch die Gewichtskraft einer Luftsäule sein.
Den Druck in der Luft, der infolge der Gewichtskraft einer darüber liegenden Luftsäule entsteht, nennt man Luftdruck.
| Formelzeichen: | p |
Einheiten: | ein Pascal (1 Pa) ein Millibar (1mbar) ein Torr (1 Torr) |
Der Luftdruck ist ein spezieller Druck. Es gelten für ihn aber alle Aussagen, die für den Druck allgemein zutreffen. Insbesondere ist der Luftdruck in einer bestimmten Höhe in allen Richtungen gleich groß.
Verdeutlichen kann man sich das Zustandekommen des Luftdrucks anhand einer Skizze (Bild 2): Befindet man sich z. B. am Erdboden, so wirkt an dieser Stelle auf eine Fläche A die Gewichtskraft der darüber liegenden Luftsäule. Die Kraft je Fläche ist gleich dem Druck, den die Luftsäule ausübt. Der Luftdruck ist somit ein Schweredruck, ähnlich wie der Schweredruck in Flüssigkeiten.
Befindet man sich dagegen in einer größeren Höhe, so hat die darüber liegende Luftsäule eine geringere Höhe. Der Druck der Luft ist geringer. Es besteht aber kein proportionaler Zusammenhang zwischen der Höhe über dem Erdboden und dem Luftdruck.
Der Normdruck
Der normale Luftdruck in Meereshöhe wird auch als Normdruck bezeichnet. Er beträgt 101,325 kPa. Der Luftdruck wie auch der Normdruck werden mitunter in anderen Einheiten angegeben. Üblich sind für den Luftdruck auch die Einheiten ein Millibar (1 mbar), ein Hektopascal (1 hPa) oder ein Torr (1 Torr). Es gilt:
| 101,325 kPa = 1 013,25 mbar 101,325 kPa = 1 013,25 hPa 101,325 kPa = 760 Torr |
Der Luftdruck schwankt um diesen Normdruck und hat bei uns in der Regel Werte zwischen 970 hPa bei einem Tiefdruckgebiet und
1030 hPa bei einem Hochdruckgebiet.
Messen des Luftdruckes
Geräte zur Messung des Luftdruckes werden als Barometer bezeichnet. Es sind Druckmesser, die speziell für die Messung des Luftdruckes konstruiert sind und einen Messbereich um den Normdruck herum haben. Genauere Informationen dazu sind unter dem Stichwort „Barometer“ zu finden.
Abhängigkeit des Luftdruckes von der Höhe
Der Luftdruck hängt von der Höhe über dem Erdboden ab. Es gilt:
Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck ab.
Genauer zeigt ein Luftdruck-Höhe-Diagramm den Zusammenhang (Bild 3): Der Luftdruck nimmt mit steigender Höhe erst stark, dann immer weniger ab. Zwischen Höhe und Luftdruck besteht aber keine Proportionalität.
So beträgt beispielsweise der Luftdruck auf dem höchsten Berg Deutschlands, der Zugspitze (Höhe: 2 962 m), noch 700 hPa . Auf dem höchsten Berg der Erde, dem Mount Everest (8.848 m) beträgt er nur noch 340 hPa und in Flughöhe moderne Passagierflugzeuge (10.000 m) noch 290 hPa.
Die Abhängigkeit des Luftdruckes von der Höhe wird bei Höhenmessern genutzt. Da der Druck von der Höhe abhängig ist, gilt: Für jede Höhe hat der normale Luftdruck einen bestimmten Wert. Misst man den Luftdruck, so kann man daraus auf die Höhe schließen. Genau dieser Zusammenhang wird bei Höhenmessern genutzt.
Bedeutung des Luftdrucks für den Menschen
Für den Menschen ist der Luftdruck von erheblicher Bedeutung, da er an den normalen Luftdruck angepasst ist. Wesentlich kleinerer oder wesentlich größerer Druck ist für einen Menschen tödlich. So ist z. B. ein Überleben in einer Höhe von 10 km (Reiseflughöhe von Flugzeugen) nur möglich, wenn sich die Personen in einer Druckkabine befinden, in der meist ein etwas geringerer Druck als der normale Luftdruck herrscht. Selbst kleinere, schnelle Luftdruckänderungen machen sich teilweise unangenehm bemerkbar. So verspürt man z. B. beim Sinkflug eines Flugzeuges nicht selten einen Druck auf den Ohren, den man durch Schlucken ausgleichen sollte. Er kommt zustande, weil sich mit Verringerung der Flughöhe der Luftdruck vergrößert und ein Druckunterschied zwischen außen und dem Innenohr zustande kommt. Ähnliche Effekte kann man beim Bergabfahren mit dem Auto oder beim Fahren mit einem Fahrstuhl feststellen.
Selbst die geringen Druckschwankungen, die aufgrund der unterschiedlichen Wetterlagen (Hochdruckgebiet, Tiefdruckgebiet) auftreten, beeinflussen teilweise unser Wohlbefinden. Eine erhebliche Anzahl von Personen spürt auch die relativ langsamen Luftdruckänderungen, die im Zusammenhang mit dem Wetter vor sich gehen. Man spricht dann von Wetterfühligkeit.
Luftdruck und Wetter
Luftdruck und Wetter hängen eng miteinander zusammen. Der Luftdruck hat bei uns meist Werte zwischen 970 hPa und 1 030 hPa. Gebiete mit niedrigem Luftdruck werden als Tiefdruckgebiete oder Tiefs, solche mit hohem Luftdruck als Hochdruckgebiete oder Hochs bezeichnet.
Diese Gebiete unterschiedlichen Luftdrucks kommen durch die unterschiedliche Erwärmung von Festland und Meer und die damit verbundenen Luftströmungen zustande. Dabei spielen sowohl globale als auch regionale Vorgänge eine Rolle. Die Lage von Tief- und Hochdruckgebieten ändert sich ständig.
Damit entstehen unterschiedliche Wetterlagen und verschiedene Windrichtungen und Windstärken. Luft strömt dabei am Boden immer von Gebieten hohen Luftdrucks (Hochs) zu Gebieten niedrigeren Luftdrucks (Tiefs). Hinzu kommen die Luftströmungen aufgrund der Temperaturunterschiede. Die Windgeschwindigkeit hängt von den Druckunterschieden ab und kann bei Sturm mehr als 100 km/h erreichen. Die höchste bisher in Deutschland gemessene Windgeschwindigkeit wurde 1984 auf dem Brocken im Harz mit 263 km/h gemessen.
Im Tiefdruckgebiet steigt die Luft, die vom Hochdruckgebiet abgeflossen ist, sich erwärmt hat und Feuchtigkeit aufgenommen hat, nach oben (Bild 4). Es kommt dabei zur Abkühlung der Luft, zu Wolkenbildung und zu Niederschlag. Tiefdruckgebiet sind häufig mit Niederschlägen und "schlechtem" Wetter verbunden.
Im Hochdruckgebiet fließt die Luft nach unten ab. Das ist verbunden mit Temperaturzunahme und Wolkenauflösung, also mit typischen Schönwettersituationen.
Anwendungen des Luftdrucks
Der Luftdruck wird in Alltag und Technik in vielfältiger Weise genutzt. Nachfolgend sind einige Beispiele dargestellt.
Konservengläser müssen fest und luftdicht verschlossen sein, damit der Inhalt nicht schlecht wird. Um das zu erreichen, wird der Inhalt des Glases z. B. erwärmt und dann der Deckel aufgepresst. Nach dem Abkühlen sitzt der Deckel fest. Das kommt dadurch zustande, weil der Druck im Glas kleiner ist als der Luftdruck. Dadurch presst der Luftdruck den Deckel regelrecht auf das Glas. Wenn man ein solches Glas öffnen will, sollte man erst einen Druckausgleich zwischen außen und innen gewährleisten, z. B. dadurch, dass man ein Loch in den Deckel macht. Dann lässt sich das Glas sehr leicht öffnen.
Mithilfe von Pipetten kann man kleine Flüssigkeitsmengen entnehmen. Dabei kann man feststellen: Auch wenn man die Pipette mit der Öffnung senkrecht nach unten hält, fließt keine Flüssigkeit aus. Das kommt zustande, weil auf die Öffnung der Luftdruck wirkt und dadurch ein Ausströmen der Flüssigkeit verhindert wird.
Saugfüße nutzt man z. B. bei Haken für Handtücher. Presst man einen Saugfuß gegen eine glatte Fläche, so strömt die im Saugfuß befindliche Luft zum größten Teil aus. Der Saugfuß bleibt haften. Das kommt zustande, weil im Inneren des Saugfußes ein kleinerer Druck als der Luftdruck herrscht. Somit wird der Saugfuß durch den Luftdruck von außen fest gegen die Wand gepresst. Gelangt allerdings Luft in den Saugfuß und erfolgt damit ein Druckausgleich, dann fällt der Saugfuß ab.
Auch beim Trinken mit einem Trinkröhrchen oder bei Saugpumpen wird der Luftdruck genutzt.
Luftdruck - Experiment
B. Mahler, Fotograf, Berlin
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