Grundlagen der Meteorologie - 8. Teil
Die meteorologisch / klimatologischen Elemente
Der Luftdruck
Definitionen, Ursache und Maßeinheit
Alle meteorologischen Elemente werden über einen sehr langen Zeitraum zu klimatologischen Elementen.
Unter Luftdruck versteht man das Gewicht der Luftsäule von einem Quadratmeter Durchschnitte, die sich vom Messort bis zur(m) (Ende) Grenze der Atmosphäre. Wie jede andere Masse, so unterliegen die Moleküle des Gasgemisches der Erdanziehungskraft. Zwischen Erde und Gashülle besteht eine Anziehungskraft, die auf die Flächeneinheit bezogen (1m²) als Luft- (oder Schwere-) druck bezeichnet wird. Der Luftdruck setzt sich aus den Partialdrücken als Gasgemisch zusammen, z.B. e - Wasserdampfdruck. Da gase generell kompressibel sind, befindet sich die größte Dichte in der Luftsäule auch im Erdbodenbereich und nimmt nach oben hin stark ab. Der Luftdruck wirkt dabei allseitig.
Seit 1982 gilt die Maßeinheit hPa (Hektopascal) und löste damit das alte mbar (Millibar) ab.
1 hPa = 100 P
= 10² N/m²
= 10² kg/(m x s²)
P= F P= m x g
A A | [P] = kg x m m² x s² |
Bei einer Quecksilbersäule von 76 cm und 0°C und einem Querschnitt von A= 1 cm² herrscht Normaldruck von 760 Torr = 1013,25 hPa
1 Bar = 1000 mbar = 1000 hPa
1 hPa = 1 mbar » 3/4 Torr
1 Torr = 1 mm Hg
1 Torr » 4/3 hPa
V = A x L V = 76 cm³
m= V x g Hg = 76 cm³ x 13,595 g
cm³
= 1033,23 g = 1,03323 kg
g = 9,80665 m x s-2 (Fallbeschleunigung)
Daraus ergibt sich der Normaldruck wie folgt:
p= 1,03323 kg x 9,80665m x s-2
1 cm ²
p= 1,03323 x 9,80665 kg x m x s-2
10-4 m²
p= 1013,25 N/m²
p=1013,25 hPa
Die Änderung des Luftdrucks mit der Höhe
Mit der Höhe nimmt der Luftdruck permanent ab. Deshalb ist das besteigen von Bergen ab 8 km lebensgefährlich. Wasser sieden auf bergen schon Weit unter 100°C (à Hypsometer). Hinweis darauf ist auch der Druck im Ohr im Flugzeug oder Fahrstuhl oder der Ausfluss von Tinte in Flugzeugen. Versuch von Pascal: Luftdruckabnahme mit der Höhe à Schlussfolgerung:
1. Mit zunehmender Höhe wird die Luftsäule kürzer und damit leichter. Der Druck auf eine gegebene Fläche wird geringer.
- Die Luftdichte ist abhängig von der Temperatur
Historische Bedeutung des Luftdrucks
- Evangeliste Torricelli (1608-1647) + Schüler Vivioni (1643 in Florenz. Torricellischer Versuch, bei dem er den Gleichgewichtszustand nachwies.
2) Otto von Guericke (1602-1686) à Magdeburger Halbkugeln Æ 22 Zoll,. Zwei Hälften ergaben eine Metallkugel, die vakuumisiert wurden. Das der Luftdruck allseitig wirkt, konnten selbst 12 Pferde die Kugel nicht auseinanderreißen.
3) Blaice Pascal (1623-1662) Versuch von Pascal im Jahre 1648 zwischen den Messungen von Berg zu Tal ergab sich eine Differenz des Barometerstandes von "3 Zoll und 1 1/2 Linien" à erster Nachweiß, dass der Luftdruck mit der Höhe abnimmt.
a) Statische Grundgleichung
Quader Druck V = a x b x c p= F Kraft
A Fläche
V= a x b x d z p= m x a
A
V= 1 x 1 x d z p= m x g
A
x = m Masse A
V Volumen = a x b x d z x x x g
A
m= V x x = a² x d z x x x g
1²
m= a x b x d z x x
p = d z x x x g
m= 1 x 1 x d z x x
Besonderheiten in der Meteorologie:
Betrachtung vom Boden in die Höhe
à z1 - z2 = d Z à p= -d z x x x g
d p= x x g x -d z[ (m) x g = - dp x 1 (m)]
d z x
Schwerkraft geht stets senkrecht zum Erdboden (Erdmittelpunkt) dp x 1 (m) Druckgradientkraft
d z x
Die statische Grundgleichung beschreibt dem Gleichgewichtszustand zwischen der vertikalen Druckgradientkraft und der zum Erdboden orientierten Schwerkraft.
p = - d z x x x g Kritik:
g - gn = 9,80665 m x m²
g - Dichte ist sehr abhängig von der zu betrachtenden Schichtdicke. Diese Formel darf nur bei sehr dünnen Luftschichten verwendet werden, weil die Dichte der Luft nicht konstant ist.
nächste Ausgabe
Barometrische Höhenstufe und die barometrische Höhenformel
aus den Aufzeichnungen der Lehrzeit beim DWD und dem Meteorologischen Dienst der DDR
Marco Ringel, April 2002
