Druck in Gasen

Das hast du wahrscheinlich auch schon einmal zum Spaß getan. Es ist zwar ein kindischer Spaß aber ebenso ein tolles Experiment mit Druck in Gasen. Es funktioniert so: Die Luft um dich ist ein Gas – eine Mischung aus überwiegend Stickstoff und Sauerstoff. Das Gas hat eine Masse und wird von der Schwerkraft heruntergezogen. Über deinem Kopf hast du eine Luftsäule, die sich mehr als hundert Kilometer nach oben erstreckt. Diese Luftsäule drückt von oben auf dich herunter und von den Seiten und von unten.

Sie drückt sogar von innen – denn du atmest Luft ein. Druck wirkt in Flüssigkeiten wie auch in Gasen in alle Richtungen. Sogar nach oben. Der Luftdruck auf Meereshöhe beträgt etwa 100.000 Pascal oder 760 Millimeter Quecksilbersäule oder eine Atmosphäre. Die Teilchen in einem Gas sind stets in Bewegung, zufällig und in alle Richtungen.

Wenn wir das Gas in einem Gefäß einfangen, stoßen die Teilchen gegen die Wände des Gefäßes. Druck zeigt, wie viele Teilchen gegen jeden Abschnitt der Wand stoßen und wie hart sie stoßen. Wenn wir den Behälter pressen, wodurch die gleiche Menge an Teilchen dann weniger Raum zum Bewegen hat, Stöße pro Wandabschnitt – gibt es mehr der Druck steigt. Erhitzen wir den Behälter, bewegen sich die Teilchen schneller und stoßen häufiger – sowie mit erhöhtem Druck – gegen die Wände. Ein Fahrradreifen ist mit Luft gefüllt.

Der Druck innerhalb des Reifens ist höher als der außerhalb. Die komprimierten Luftmoleküle im Reifen drücken stärker aus dem Reifeninnern gegen den Reifen als die Atmosphäre und dein Körpergewicht von außen auf den Reifen drücken. Um die Reifen mit Luft zu füllen, die einen höheren Druck hat als die Luft außen, benötigst du eine Pumpe. Wenn du den Reifen aufpumpst, werden die Luftmoleküle in der Pumpe komprimiert, zusammengepresst. Komprimierst du die Luft in der Pumpe mehr als die Luft im Reifen, öffnet sich das Ventil und die Luftteilchen strömen in den Reifen.

Der Druck breitet sich aus. Sind Luftteilchen dichtgedrängt an einer Stelle, versuchen sie sich auszubreiten zu Stellen mit mehr Platz. Bis sie alle gleichmäßig verteilt sind – mit dem gleichen Druck. Auf diese Weise verhält sich Druck ähnlich in Gasen und in Flüssigkeiten – Druck breitet sich im Behälter aus, bis er gleichmäßig verteilt ist. Wenn wir uns mit Druck beschäftigen, interessieren wir uns oft eher für die Druckdifferenz als für den Druck als solchen.

Der Druck im Inneren dieses Gefäßes ist höher als der Luftdruck außerhalb. Druck, der relativ zum benachbarten Luftdruck gemessen wird, wird als Überdruck bezeichnet. Kein Überdruck mehr. Alles ausgeglichen. Der Druck in diesem Gefäß ist niedriger als der Luftdruck außerhalb vom Gefäß.

Wir nennen dies Unterdruck oder negativen Überdruck. Entfernen wir den Rest der Luft aus dem Gefäß, so dass fast keine Luftpartikel mehr übrig sind, ensteht ein Vakuum. Jetzt drückt der Luftdruck schwer auf das Gefäß, das keine Luft zum Gegendrücken mehr hat. Ist das Gefäß weich, fällt es in sich zusammen. Genau so.

Unterdruck. Ja, vielen Dank. Danke schön. Das reicht jetzt.