Wissenschaft

Die Mechanik des Luftdrucks

Luftdruck , atmosphärischer Druck oder Luftdruck ist der Druck, der durch das Gewicht einer Luftmasse (und ihrer Moleküle) über einer Oberfläche auf eine Oberfläche ausgeübt wird .

Wie schwer ist Luft?

Luftdruck ist ein schwieriges Konzept. Wie kann etwas Unsichtbares Masse und Gewicht haben? Luft hat Masse, weil sie aus einem Gemisch von Gasen besteht. die Masse haben. Addieren Sie das Gewicht all dieser Gase, aus denen trockene Luft besteht (Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff und andere), und Sie erhalten das Gewicht trockener Luft.

Das Molekulargewicht oder die Molmasse trockener Luft beträgt 28,97 g pro Mol. Während das nicht sehr viel ist, besteht eine typische Luftmasse aus einer unglaublich großen Anzahl von Luftmolekülen. Als solches können Sie beginnen zu sehen, wie Luft ein beträchtliches Gewicht haben kann, wenn die Massen aller Moleküle addiert werden.

Hoher und niedriger Luftdruck

Was ist also der Zusammenhang zwischen Molekülen und Luftdruck? Wenn die Anzahl der Luftmoleküle über einem Bereich zunimmt, müssen mehr Moleküle Druck auf diesen Bereich ausüben, und sein atmosphärischer Gesamtdruck steigt an. Das nennen wir Hochdruck . Wenn sich weniger Luftmoleküle über einem Bereich befinden, nimmt der atmosphärische Druck ebenfalls ab. Dies ist als Niederdruck bekannt .

Der Luftdruck ist auf der Erde nicht gleichmäßig. Es reicht von 980 bis 1050 Millibar und ändert sich mit der Höhe. Je höher die Höhe, desto niedriger der Luftdruck. Dies liegt daran, dass die Anzahl der Luftmoleküle in höheren Lagen abnimmt, wodurch die Luftdichte und der Luftdruck abnehmen . Der Luftdruck ist auf Meereshöhe am höchsten, wo die Luftdichte am größten ist.

Grundlagen des Luftdrucks

Es gibt 5 Grundlagen zum Luftdruck:

  • Sie nimmt mit zunehmender Luftdichte zu und mit abnehmender Luftdichte ab.
  • Sie steigt mit steigenden Temperaturen und sinkt mit abkühlenden Temperaturen.
  • Sie nimmt in niedrigeren Höhen zu und in höheren Höhen ab.
  • Luft bewegt sich von hohem Druck zu niedrigem Druck.
  • Der Luftdruck wird mit einem Wetterinstrument gemessen, das als Barometer bekannt ist. (Deshalb wird es manchmal auch als „Luftdruck“ bezeichnet.)

Luftdruck messen

Dies ist eine Nahaufnahme der Nadel an der Änderungsanzeige eines Aneroidbarometers zur Messung des Luftdrucks. Gannet77 / E + / Getty Images

Ein Barometer wird verwendet, um den atmosphärischen Druck in Einheiten zu messen, die als Atmosphären oder Milibars bezeichnet werden. Der älteste Barometertyp ist der Quecksilberbarometer . Dieses Instrument misst Quecksilber beim Auf- oder Absteigen im Glasrohr des Barometers. Da der atmosphärische Druck im Wesentlichen das Gewicht der Luft in der Atmosphäre über dem Reservoir ist, ändert sich der Quecksilbergehalt im Barometer weiter, bis das Quecksilbergewicht im Glasrohr genau dem Gewicht der Luft über dem Reservoir entspricht. Sobald sich die beiden nicht mehr bewegen und ausgeglichen sind, wird der Druck aufgezeichnet, indem der Wert auf der Höhe des Quecksilbers in der vertikalen Spalte „abgelesen“ wird.

Wenn das Quecksilbergewicht unter dem atmosphärischen Druck liegt, steigt der Quecksilbergehalt im Glasrohr an (hoher Druck). In Gebieten mit hohem Druck sinkt die Luft schneller zur Erdoberfläche, als sie in die Umgebung strömen kann. Da die Anzahl der Luftmoleküle über der Oberfläche zunimmt, müssen mehr Moleküle eine Kraft auf diese Oberfläche ausüben. Mit zunehmendem Luftgewicht über dem Reservoir steigt der Quecksilbergehalt auf einen höheren Wert.

Wenn das Quecksilbergewicht größer als der atmosphärische Druck ist, sinkt der Quecksilbergehalt (niedriger Druck). In Gebieten mit niedrigem Druck steigt Luft schneller von der Erdoberfläche auf, als sie durch Luft aus den umliegenden Gebieten ersetzt werden kann. Da die Anzahl der Luftmoleküle über dem Bereich abnimmt, gibt es weniger Moleküle, die eine Kraft auf diese Oberfläche ausüben. Mit einem verringerten Luftgewicht über dem Reservoir fällt der Quecksilbergehalt auf einen niedrigeren Wert.

Andere Arten von Barometern umfassen Aneroid- und Digitalbarometer. Aneroidbarometer enthalten kein Quecksilber oder andere Flüssigkeiten, haben jedoch eine versiegelte und luftdichte Metallkammer. Die Kammer dehnt sich aus oder zieht sich in Reaktion auf Druckänderungen zusammen, und ein Zeiger auf einem Zifferblatt wird verwendet, um Druckmesswerte anzuzeigen. Moderne Barometer sind digital und können den Luftdruck genau und schnell messen. Diese elektronischen Instrumente zeigen aktuelle Atmosphärendruckwerte auf einem Bildschirm an.

Nieder- und Hochdrucksysteme

Der atmosphärische Druck wird durch die Tageserwärmung durch die Sonne beeinflusst. Diese Erwärmung erfolgt nicht gleichmäßig über die Erde, da einige Bereiche stärker erwärmt werden als andere. Wenn die Luft erwärmt wird, steigt sie auf und kann zu einem Niederdrucksystem führen.

Der Druck in der Mitte eines Niederdrucksystems ist niedriger als der Luftdruck in der Umgebung. Winde wehen in Richtung des Bereichs mit niedrigem Druck, wodurch Luft in der Atmosphäre aufsteigt. Wasserdampf in der aufsteigenden Luft kondensiert zu Wolken und in vielen Fällen zu Niederschlägen. Aufgrund des Coriolis-Effekts. der auf die Erdrotation zurückzuführen ist, zirkulieren Winde in einem Niederdrucksystem auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn. Niederdrucksysteme können instabiles Wetter und Stürme wie Wirbelstürme, Hurrikane und Taifune erzeugen . Als Faustregel gilt, dass Tiefs einen Druck von etwa 1000 Millibar (29,54 Zoll Quecksilber) haben. Ab 2016 betrug der niedrigste jemals auf der Erde gemessene Druck am 12. Oktober 1979 870 mb (25,69 inHg) im Auge der Taifunspitze über dem Pazifik.

In Hochdrucksystemen hat Luft in der Mitte des Systems einen höheren Druck als Luft in der Umgebung. Die Luft in diesem System sinkt und bläst vom hohen Druck weg. Diese absteigende Luft reduziert die Bildung von Wasserdampf und Wolken, was zu leichten Winden und stabilem Wetter führt. Der Luftstrom in einem Hochdrucksystem ist dem eines Niederdrucksystems entgegengesetzt. Die Luft zirkuliert auf der Nordhalbkugel im Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn.

Artikel herausgegeben von Regina Bailey

Quellen

  • Britannica, Die Herausgeber der Enzyklopädie. „Luftdruck.“ Encyclopædia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc., 5. März 2018, www.britannica.com/science/atmospheric-pressure.
  • National Geographic Society. „Barometer.“ National Geographic Society , 9. Oktober 2012, www.nationalgeographic.org/encyclopedia/barometer/.
  • „Die Höhen und Tiefen des Luftdrucks.“ Winterwettersicherheit | UCAR-Zentrum für naturwissenschaftlichen Unterricht , scied.ucar.edu/shortcontent/highs-and-lows-air-pressure.

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