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Druck (Physik) ArtikelDruck (Formelzeichen: p von engl. pressure) ist eine physikalische Zustandsgröße, eine lineare Feldgröße.
Achtung: Es gibt die Verwechslungsmöglichkeit mit groß P (von engl. power) = Leistung bzw. mit dem Impuls, der ebenfalls mit klein p genannt wird.
Zu unterscheiden sind der Auflagendruck und der Gasdruck.
Buch-Tipp: Druckstoßermittlung in der Wasserversorgung Die Beschreibung für das Buch " Druckstoßermittlung in der Wasserversorgung" fehlt leider. Weitere informatione finden Sie auf der Seite des Buchhändlers. Klicken Sie dafür auf den Link über diesem Text. Die Seite des Händlers öffnet sich in neuem Fenster. |
- Statischer Druck (Umgebungsdruck):
Der statische Druck entsteht durch die Masse einer Säule (Gas oder Flüssigkeit), die durch die Schwerkraft auf ihrer Grundfläche lastet. Der statische Druck ist direkt messbar.
Es gilt:
mit ρ: Dichte der Flüssigkeit
g: (Erd)beschleunigung
und h: Höhe der Flüssigkeitssäule
- Dynamischer Druck (Staudruck):
Der dynamische Druck ist eine kinetische Energie eines Körpers mit einer Masse, welcher sich mit einer Geschwindigkeit (Fluggeschwindigkeit) fortbewegt. Der dynamische Druck ist nicht direkt messbar und wird zur Geschwindigkeitsmessung benutzt.
Es gilt:
mit ρ: Dichte
und v : Geschwindigkeit.
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Der Auflagendruck, der physikalisch auch Normalspannung genannt wird, ist unter dem Quotienten einer Kraft F (von engl. force) und der Fläche A (von engl. area), auf die diese Kraft entgegen der Flächennormalen wirkt, bekannt:
Der Druck kann in dieser Vorstellung leicht mit der Kraft verwechselt werden, wie am Beispiel eines Nagels deutlich wird: Ein Nagel hat eine kleine Auflagefläche, was nach obiger Formel bei ca. wenig Kraft dennoch zu einem großen Druck führt.
Doch erleben wir beim Drücken eines Nagels in die Haut eine große Kraft. Die Begriffe Druck und Kraft können in dieser Vorstellung ca. schwer voneinander abgegrenzt werden und das Merkmal des Drucks als Zustandsgröße wird nicht deutlich.
"Druck ist eine skalare Größe, ca. Lehrer und Autoren scheinen dieses in dem Grunde ihres Herzens nicht zu glauben." (McClelland, 1987)
Buch-Tipp: Gas-Druckregelung und Gas-Druckregelanlagen Es gibt leider keine Beschreibung für das Buch " Gas-Druckregelung und Gas-Druckregelanlagen". Um weitere Informationen zu diesem Buch zu finden klicken Sie bitte auf den Link oberhalb von diesem Text. Sie werden automatisch zum Buchhändler weiter geleitet. |
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Der Gasdruck entsteht als Summe aller Kräfte auf eine Wand. Stößt ein Gasteilchen an eine Wand, so tauschen Gasteilchen und Wand einen Impuls aus. Dieser Impulsübertrag hängt zu dem Einem von der kinetischen Energie des Gasteilchens und von der Richtung des Teilchens auf die Wand ab. Für viele Teilchen addieren sich diese Impulsüberträge zu einer Gesamtkraft. Diese hängt hauptsächlich von der Anzahl der Teilchen ab, die pro Zeiteinheit auf die Wand treffen.
Für ein ideales Gas führt dies zu der thermischen Zustandsgleichung:
oder mit Dichte
Der gemittelte Impulsübertrag steckt in dem RT der Zustandsgleichung.
Beide Begriffe können durch Kolbenproberexperimente ineinander überführt werden.
Die SI-Einheit des Druckes ist das Pascal mit dem Einheitenzeichen Pa. Ein Pascal entspricht einem Druck von einem Newton pro Quadratmeter:
Die üblicherweise in Westeuropa benutzte Druckeinheit "bar" entspricht 100 Tausend Pa, 1 Tausend hPa oder 100 kPa.
Andere teilweise noch zu findende, aber nicht mehr zulässige Druckeinheiten sind:
Druckeinheiten und Umrechnungsfaktoren
von / nach
| Pascal
| bar
| N/mm2
| kp/m2
| kp/cm2 (at)
| atm
| Torr (mm Hg)
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| 1 Pa (N/m2) =
| 1 | 10-5 | 10-6
| 0,102 | 0,102×10-4
| 0,987×10-5 | 0,0075
|
| 1 bar (10 N/cm2) =
| 100 Tausend | 1 | 0,1 | 10200 | 1,02
| 0,987 | 750
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| 1 N/mm2 =
| 106 | 10 | 1 | 1,02×105 | 10,2
| 9,87 | 7500
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| 1 kp/m2 =
| 9,81 | 9,81×10-5 | 9,81×10-6
| 1 | 10-4
| 0,968×10-4 | 0,0736
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| 1 kp/cm2 (1 at) =
| 98100 | 0,981 | 0,0981 | 10 Tausend | 1
| 0,968 | 736
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| 1 atm =
| 101325 | 1,013 | 0,1013 | 10330 | 1,033
| 1 | 760
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| 1 Torr (mm Hg) =
| 133 | 0,00133 | 1,33×10-4
| 13,6 | 0,00132 | 0,00132 | 1
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Buch-Tipp: Institute of Physics - Research Report 2004-2006 Um ausführliche Informationen zum Buch " Institute of Physics - Research Report 2004-2006" zu bekommen klicken Sie bitte auf den Hyperlink oberhalb von diesem Text. Sie werden zum entsprechenden Buch auf der Händlerseite weiter geleitet. |
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Zur Bestimmung des Auflagendrucks wird die Definition des Druckes benutzt und auf eine Kraftmessung zurückgeführt.
Es eignen sich somit sämtliche Messverfahren die auch für die Kraft- und Gewichtsmessung benutzt werden, wie Piezoelektrische Sensoren, Dehnungsmessstreifen aber auch Druckwaagen.
Zur Bestimmung des Luftdruckes werden in der Regel Relativdruckmessgeräte eingesetzt, die den Druck gegenüber einem Referenzdruck messen. Dieser Druckunterschied führt wieder zu einer Kraft, die auf eine Fläche (meist eine Membran) ausgeübt wird und wieder mit Kraftmessung bestimmt werden können.
Daneben existieren noch Absolutdruck-Messgeräte, die über andere physikalische Zusammenhänge den Druck in einem Volumen bestimmen. Diese werden insbesondere zur Vakuummessung eingesetzt:
- Pirani-Druckmessgerät, bestimmt den Absolutdruck anhand des Wärmetransportes des Gases
- Ionen-Druckmessgerät, bestimmt den Absolutdruck anhand der Ionisierfähigkeit des Gases
- Viskositätsmanometer, bestimmt den Absolutdruck anhand der Reibung eines Körpers in dem Gas.
Auch unsere Trommelfelle, die zu unserem Gehör gehören, sind Sensoren, die ca. für Druck (Schallwechseldruck) empfindlich sind; desgleichen auch die Schalldruckempfänger, die Mikrofone mit der Richtcharakteristik Kugel.
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