M P - Inhaltsverzeichnis - Biophysikalische Grundlagen der Atmung

Der Luftdruck und seine Wirkungen

Ruhende Gase unter dem Einfluss von Kräften
Der Luftdruck und seine Wirkungen

Ruhende Gase unter dem Einfluss von Kräften

• Wird ein Gas in einem Behälter durch einen Stempeldruck komprimiert, ist der Gasdruck in jedem Punkt gleich groß.
• Der Gasdruck ist eine Funktion des Volumens und der Temperatur.
• Der Zusammenhang wird für ideale Gase durch die Zustandsgleichung p = p(V,t), für reale Gase durch die van der-Waalsche Gleichung beschrieben.
• Für die isotherme Kompression eines Gases gilt das Boyle-Mariottesche Gesetz:
  p·V=konstant; p·V_i = p_i·V

  Die Dichte eines Gases ist verkehrt proportional seinem Druck : p/d = konstant

  Für Gasgemische gilt das Daltonsche Partialdruckgesetz : p = Summe(p_i).

  Der Druck eines Gasgemisches ist gleich der Summe der Partialdrucke seiner Komponenten.

Der Luftdruck und seine Wirkungen

• Jede Gasmenge hat eine bestimmte Masse und unterliegt der Schwerkraft.
• Die Wärmebewegung der Moleküle wirkt der Schwerkraft entgegen.
• Die Lufthülle erreicht eine Höhe von 400 - 900 km.
• Der Luftdruck ist der Druck der atmosphärischen Luft.
• Der Luftdruck hält dem Druck einer Hg-Säule von 760 mm Hg das Gleichgewicht.
• Der Luftdruck beträgt in Meereshöhe im Durchschnitt 1,013 bar = 101.325 Pa = 1013,25 hPa = 760 mm Hg.

Die Luft als Gasgemisch hat folgende Zusammensetzung:

	Vol.-%	Gew.-%
Stickstoff	78,08	75,46
Sauerstoff	20,95	23,19
Edelgase	0,94	1,30
CO2	0,02	0,05
Wasserdampf
Verunreinigungen

• Die Dichte der Luft d = 1/800 der Dichte von Wasser : d = 1,293 kg/m³
• Der Luftdruck nimmt mit der Höhe wegen der Kompressibilität exponentiell ab.
• Der Luftdruck in der Höhe h wird durch die barometrische Höhenformel gegeben :
  p_h = p₀·e^{-h·0,0001252/m} = p₀·e^-h/7988m .... h in m; p in Pa

Bilder Der Luftdruck und seine Wirkungen

1. Torricellis Hg-Manometer

2. Einfaches Flüssigkeitsmanometer:

3. Dosenbarometer:

4. Mc Leod-Vakuummeter:

5. Prandtlsches Staurohr:

6. Isobaren des Luftdrucks:

7. Barometerkurve:

Übung Luftdruck

1. Rechne für die Barometrische Höhenformel die Konstante H:
ph = p0·e-d0·g·h/p0.......... p0 = 101.325 Pa = 760 mm Hg.
................................. d0 = 1,293 Kg/m³
ph = p0·e-h/H................ g = 9,81 m/s² 

2. In welcher Höhe h ist nur mehr die Hälfte des Luftdrucks vorhanden ?

3. Berechne den Luftdruck und den Sauerstoffpartialdurck für Höhenwerte 
von 1.000 m, 2.000 m, 5.000 m und 10.000 m. 
Stelle den Verlauf des Luftdrucks und des Sauerstoffpartialdruckes graphisch dar.
(p·Vi=pi·V)
Zusammensetzung der Luft :
Vol.-% Gew.-%
Stickstoff 78,08 75,46
Sauerstoff 20,95 23,19
Edelgase 0,94 1,30
CO2 0,02 0,05

Begriffe:  Ideales Gas		Zustandsgleichung 
van der Waalsche Gleichung	Reales Gas	Boyle-Mariottesches Gesetz 
Daltonsches Partialdruckgesetz	Luftdruck	Zusammensetzung der Luft 
Dichte der Luft

Fragen: Der Luftdruck und seine Wirkungen