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Startseite > Druck (Physik)

{{Infobox Physikalische Größe
|Name=Druck
|Größenart=
|Formelzeichen=<math>p</math>
|AbgeleitetVon=
|SI=Pa = N/m2
= kgs?2
|SI-Dimension=MT?2
|cgs=Ba = dyn/cm2
= gs?2
|cgs-Dimension=MT?2
|Planck=
|Planck-Dimension=
|Astro=
|Astro-Dimension=
|Anmerkungen=
|SieheAuch=}}

In der Physik ist der '''Druck''' das Ergebnis einer ''senkrecht'' auf eine <math>A</math> einwirkenden Kraft <math>F</math>, siehe Bild. Der Druck auf einer ebenen Fläche lässt sich mathematisch als Quotient

<math>p = \frac FA</math>

schreiben. Der Druck auf einen Körper ist positiv, wenn die Kraft zu ihm hin gerichtet ist, ein negativer Druck entspricht einem Zug.. In der ''Abhandlung über das Gleichgewicht von Flüssigkeiten und vom Gewicht der Masse der Luft'' siehe oben.

Absoluter / Relativer Druck

Der absolute Druck <math>p_{abs}</math> () bezieht sich auf das perfekte Vakuum. Bei diesem absolut teilchenfreien Raum ist der Nullpunkt des absoluten Drucks definiert. Ein Beispiel für einen häufig ?absolut? angegebenen Wert ist der Luftdruck.

Als relativen Druck bezeichnet man eine relative Druckbeziehung zwischen zwei Volumina. Häufig wird der Umgebungsdruck als Bezugsgröße verwendet, jedoch bieten sich je nach Zusammenhang auch andere Bezugsgrößen an. Beispiele für einen häufig ?relativ? angegebenen Druck sind der eines Reifens und der Blutdruck.

Zur Verdeutlichung: Füllt man bei einem Luftdruck von 1 bar einen Reifen mit einem relativen Druck von 2 bar, herrscht im Reifen ein absoluter Druck von 3 bar. Analog muss der Luftdruck zum Blutdruck addiert werden, um den absoluten Blutdruck zu erhalten.

Einheiten

Blaise Pascal zu Ehren wird die SI-Einheit des Drucks Pascal (mit dem Einheitenzeichen Pa) genannt, die einer Kraft von einem Newton (also der Gewichtskraft von etwa 100 Gramm) senkrecht verteilt auf einer Fläche von einem Quadratmeter entspricht:

<math>

\mathrm{1 \, Pa = 1 \, \frac{N}{m^2} = 1 \, \frac{kg}{m \cdot s^2}}
</math>

Im Ingenieurwesen wird für Druck (ebenso wie für die mechanische Spannung) auch die Einheit N/ oder MPa verwendet:

<math>1 \, \frac{\mathrm{N}}{\mathrm{mm}^2} = 1 \, \mathrm{MPa}</math>

Umrechnung zwischen den gebräuchlichsten Einheiten

Weitere gebräuchliche Einheiten waren oder sind:

  • die SI-konforme Einheit ''bar'', die 100.000 Pa = 1000 hPa = 100 kPa oder 1 Mdyn/cm² entspricht
  • die at = kp/cm², die auf der Erde dem Druck der Gewichtskraft eines Kilogramms verteilt auf einem Quadratzentimeter gleichkommt
  • die atm, die gleich dem Normaldruck auf der Erde ist,
  • das nach Evangelista Torricelli benannte Torr, das mit dem Druck korrespondiert, der Quecksilber um einen Millimeter anhebt und gleich der Einheit mmHg ist,
  • das in den USA gebräuchliche psi = lb<sub>f</sub>/ (Kraftpfund pro Quadratzoll) aus dem .

Die Umrechnung zwischen diesen Einheiten ist auf fünf signifikante Stellen genau in der Tabelle angeben.

{| class="wikitable"
|-
! colspan="2"|
! Pa
! bar
! at
! atm
! Torr
! psi
|-
! style="border-right: 0pt; text-align:left;"| 1 Pa
! style="border-left: 0pt;" | =
| 1
| 1,0000 · 10?5
| 1,0197 · 10?5
| 9,8692 · 10?6
| 7,5006 · 10?3
| 1,4504 · 10?4
|-
! style="border-right: 0pt; text-align:left;"| 1 bar
! style="border-left: 0pt;" | =
| 1,0000 · 105
| 1
| 1,0197
| 9,8692 · 10?1
| 7,5006 · 102
| 1,4504 · 101
|-
! style="border-right: 0pt; text-align:left;"| 1 at
! style="border-left: 0pt;" | =
| 9,8067 · 104
| 9,8067 · 10?1
| 1
| 9,6784 · 10?1
| 7,3556 · 102
| 1,4223 · 101
|-
! style="border-right: 0pt; text-align:left;"| 1 atm
! style="border-left: 0pt;" | =
| 1,0133 · 105
| 1,0133
| 1,0332
| 1
| 7,6000 · 102
| 1,4696 · 101
|-
! style="border-right: 0pt; text-align:left;"| 1 Torr
! style="border-left: 0pt| =
| 1,3332 · 102
| 1,3332 · 10?3
| 1,3595 · 10?3
| 1,3158 · 10?3
| 1
| 1,9337 · 10?2
|-
! style="border-right: 0pt; text-align:left;"| 1 psi
! style="border-left: 0pt| =
| 6,8948 · 103
| 6,8948 · 10?2
| 7,0307 · 10?2
| 6,8046 · 10?2
| 5,1715 · 101
| 1
|}

Weitere Einheiten

Die folgenden nicht SI-konformen Druckeinheiten sind in Literatur zu finden:

  • 1 (mWS) = 0,1 at = 9,80665 kPa
  • 1 Zoll Quecksilber (, inHg) = 25,4 Torr = 3386,389 Pa bei 0 °C
  • 1 Micron (1 µm) Quecksilbersäule = 1 µm Hg = 1 mTorr = 0,13332 Pa (wird vereinzelt in der Vakuumtechnik verwendet)
  • 1 (pdl/ft²) = 1,4882 Pa
  • 1 (inH2O) = 249,089 Pa
  • 1 (ftH2O) = 2989,07 Pa

Druckmessgeräte und -verfahren

Ein ''Druckmessgerät'' wird auch ''Manometer'' genannt. In den meisten Anwendungen wird der Relativdruck ? also bezogen auf den atmosphärischen Luftdruck ? gemessen. Absolutdruckmessinstrumente verwenden ein Vakuum als Bezugsdruck (z. B. Barometer). Differenzdruckmessgeräte messen, wie die anderen auch, einen Druckunterschied, jedoch zwischen zwei beliebigen Systemen. Druckmessgeräte beruhen auf verschiedenen Messprinzipien:
  • Zum Messen des Reifendrucks am Auto oder des Hauswasser- und Hausgasdrucks werden einfache Rohrfeder-Manometer oder Bourdonfeder-Manometer verwendet. Diesen liegt das Prinzip eines eingerollten Schlauchs zu Grunde, der sich unter Druck abrollt.
  • Messgeräte für statische Drücke messen meist die Druckdifferenz anhand der Auslenkung einer mechanischen Trennung, indem der Druck mit einem Referenzdruck, etwa Vakuum verglichen wird. So messen etwa die Barometer und die Ringwaage, indem die Auslenkung direkt in eine Anzeige übersetzt wird, oder Differenzdrucksensoren, indem die Kraft der Auslenkung gemessen wird.
  • Indirekte Druckmessung beruht auf Effekten der Teilchenzahldichte
  • Messgeräte für Drücke in fließenden Medien (Fluiden) nutzen die Konsequenzen aus der Bernoulli-Gleichung, etwa das Staurohr (Pitotrohr) oder die
  • e messen indirekt, indem akustische Ereignisse beim Entspannen der vorher komprimierten Adern aufgefangen werden
  • Druckmessumformer sind Druckmessgeräte, die in industriellen Umgebungen eingesetzt werden können. Dazu wird das gewonnene Druckmesssignal in ein definiertes Signal umgeformt.
  • Drucksensitive Farbe (englisch pressure sensitive paint, PSP) machen lokale Druckverteilungen an Grenzflächen sichtbar.
  • Eine Ringwaage misst sehr kleine Drücke über ein mechanisches Verfahren zwischen zwei beliebigen Systemen.

Siehe auch

  • Leere in der Leere (ein weiteres Experiment von Blaise Pascal)
  • Druckwandler
  • Schalldruck
  • Osmotischer Druck
  • Turgor
  • Strahlungsdruck
  • Gravitationsdruck

Weblinks

  • Versuche und Aufgaben zum Druck (LEIFI)

Einzelnachweise