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20 4.4 Luftdruck 4.4.1 Entstehung des Luftdrucks Ebenso wie die

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10PS/TG - FLÜSSIGKEITEN UND GASE
4.4
P. Rendulić 2009
SCHWERDEDRUCK
20
Luftdruck
4.4.1 Entstehung des Luftdrucks
Ebenso wie die Flüssigkeiten, erzeugt auch die Luft durch ihre Gewichtskraft einen
Schweredruck. Den Schweredruck der Lufthülle bezeichnet man als Luftdruck.
Der Luftdruck entsteht durch die Gewichtskraft der Luft
Den Schweredruck des Wassers spüren wir bereits in einer
geringen Eintauchtiefe. Den Schweredruck der Luft
bemerken wir aber praktisch gar nicht, obwohl sich eine
Luftschicht von mehreren Zehntausend Metern über uns
befindet. Das Leben auf der Erde hat sich an diesen Druck
angepasst.
Je höher man in der Atmosphäre steigt, desto weniger Luft
befindet sich über einem und desto geringer wird der
Luftdruck.
Der Luftdruck nimmt mit steigender Höhe ab.
4.4.2 Versuche zum Nachweis des Luftdrucks
Dass der Luftdruck existiert kann mit etlichen Versuchen nachgewiesen werden
Ein Rohrstutzen wird oben mit
einer dünnen Haut aus Zellophan
abgedeckt
und
auf
einen
Vakuumtisch gelegt.
Wenn man die Luft aus dem
Zylinder herauspumpt, kann man
gut erkennen, wie die Haut durch
den Luftdruck nach unten gewölbt
wird und schließlich reißt.
Zwei Halbkugeln aus Stahl
werden aneinandergefügt, dann
wird die Luft aus dem so
entstandenen Raum heraus–
gepumpt.
Danach ist es quasi unmöglich die
Kugeln zu trennen. Die Kraft, die
der Luftdruck von Außen auf die
beiden Halbkugeln ausübt lässt
diese zusammen haften.
Ein Standzylinder wird bis zum
Rande mit Wasser gefüllt. Er wird
dann mit einem Stück Karton
verschlossen und auf den Kopf
gedreht. Wenn man den Karton
loslässt, läuft kein Wasser raus.
Die Kraft, mit welcher der
Luftdruck nach oben auf den
Karton einwirkt ist größer als die
Kraft,
mit
welcher
die
Gewichtskraft des Wassers nach
unten gegen den Karton drückt.
10PS/TG - FLÜSSIGKEITEN UND GASE
SCHWERDEDRUCK
P. Rendulić 2009
21
4.4.3 Der mittlere Luftdruck
Der Luftdruck kann näherungsweise durch einen einfachen Versuch bestimmt werden.
Wir messen die Kraft, die notwendig ist, um den Kolben
einer verschlossenen Gasspritze herauszuziehen. Diese
entspricht vom Betrag her der Kraft, die der Luftdruck in
entgegengesetzte Richtung auf den Kolben ausübt. Für
eine Kolbenfläche von 7,5 cm2 messen wir eine Kraft von
70 N.
Daraus ergibt sich für den Luftdruck:
pLuft =
70 N
N
F
N
=
= 9,3
≅ 10
= 1 000 hPa
2
2
cm
A 7,5 cm
cm2
Der Luftdruck auf der Erde ist nicht überall gleich groß. Einerseits wird er stark durch die
momentane Wetterlage beeinflusst, andererseits nimmt er mit steigender Höhe ab. Aus
zahlreichen Messungen hat man auf der Höhe des Meeresspiegels einen mittleren
Luftdruck von 1 013 hPa gemessen. Man bezeichnet diesen Wert auch als Normdruck
oder als normalen Luftdruck.
Der mittlere Luftdruck auf Meeresniveau beträgt 1 013 hPa.
In einer Höhe von 5,5 km herrscht der halbe Normdruck. In einer Höhe von etwa 18 km
beträgt der Luftdruck nur noch 10% vom Normdruck. **
4.5
Messen des Luftdrucks
Zum Messen des Luftdrucks benutzt man ein Barometer.
Dies ist meistens ein Dosenbarometer. Bei Zunahme des
Luftdrucks wird die Dose weiter zusammen gedrückt. Die
Bewegung des Dosendeckels wird über ein Gestänge,
Seilzüge oder Hebel auf den Zeiger übertragen. Auf der
Skala kann man dann den Wert des Luftdrucks ablesen.
Zum Messen des Luftdrucks kann man auch eine
Flüssigkeitssäule benutzen. Der Schweredruck der
Flüssigkeit befindet sich dabei im Gleichgewicht mit dem
Schweredruck der Luft (Luftdruck). Wenn der Luftdruck
steigt, steigt auch die Höhe der Flüssifkeitssäule.
Wenn man als Flüssigkeit Wasser verwendet, muss das
Rohr eine Höhe von etwas mehr als 10 m haben. In der
Tat beträgt der Schweredruck einer 10 m hohen
Wassersäule etwa ein Bar, was in guter Näherung dem
normalen Luftdruck entspricht. Praktischer ist es
Quecksilber zu benutzen. Dies hat eine 13,6 mal größere
Dichte als Wasser und somit kann das Rohr auch
dementsprechend kleiner gewählt werden. Es gilt:
pLuft = ρFlüssigkeit ⋅ g ⋅ h
h
luftleer
(Vakuum)
etwa
10m
etwa
76cm
H 2O
Hg
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4.6
P. Rendulić 2009
SCHWERDEDRUCK
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Aufgaben
4.6.1 Saugnapf 1
Der Saugfuß eines Hakens hat einen Durchmesser von 4 cm. Mit welcher Kraft drückt die
Luft bei Normaldruck gegen den Saugfuß?
4.6.2 Saugnapf 2
Ein Saugnapf wird auf der Unterseite einer horizontalen Glasfläche befestigt. Eine Person
von 70 kg Masse will sich an den Saugnapf hängen, ohne dass dieser sich löst. Welchen
Durchmesser muss der Saugnapf mindestens haben?
4.6.3 Totes Meer
Die Oberfläche des Toten Meeres liegt nahezu 400 m unter dem Niveau der Weltmeere.
Was folgt daraus für den Luftdruck am Toten Meer?
4.6.4 Bildröhre
Fernsehbildröhren sind, um funktionieren zu können, fast luftleer gepumpt. Mit welcher
Kraft wirkt der Luftdruck auf eine Bildröhre von 40 cm Breite und 30 cm Höhe?
4.6.5
Magdeburger Halbkugeln
Otto von Guericke hat im Jahre 1654
in Magdeburg als erster den Versuch
der
leergepumpten
Halbkugeln
durchgeführt. Die Halbkugeln hatten
einen Durchmesser von 42 cm und
insgesamt 16 Pferde versuchten die
Kugeln auseinander zu reißen. Dies
gelang manchmal.
Schätze ab, welche Kraft notwendig
ist, um die Kugeln dieser Größe
voneinander zu trennen.
4.6.6 Flüssigkeitsbarometer
a. Bestimme die Höhe des Wasserstandes in einem Wasserbarometer bei Normaldruck!
b. Wie, und um wie viel ändert sich diese Höhe, wenn der Luftdruck um 30 hPa ansteigt?
c. Wie hoch würde jetzt die Säule in einem Quecksilberbarometer stehen (ρHg = 13,55
kg/l)?
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Gesundheitswesen
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