Luftdruck

Die Luft besitzt wie alle Gase eine bestimmte Masse und hat daher auch ein Gewicht. Die über dem Boden liegende Luft der Atmosphäre übt auf die unter ihr liegende Fläche eine Kraft aus, die man als Luftdruck bezeichnet.

Die heutige Einheit des Luftdruckes ist das Pascal (Pa), Es wurde benannt nach dem französischen Philosophen Blaise Pascal (1623-1662). Bei einem Druck von 1 Pascal übt das Gewicht der Luft auf eine Fläche von 1 Quadratmeter eine Kraft von 1 Kilogramm aus, d. h. über dieser Fläche liegt eine Luftsäule mit einem Gewicht von einem Kilogramm. Auf Meereshöhe befinden sich pro Quadratmeter etwa 10.000 Kilogramm Luft. Dazu kommt noch die Erdanziehung, welche die Luft nach unten zieht. Dadurch beträgt der Luftdruck auf der Erde in Meereshöhe etwa 100.000 Pascal.

Allerdings ist das Pascal für den atmophärischen Luftdruck zu klein, weil man hier immer eine sechsstellige Zahl hat. Daher wird der atmophärische Luftdruck immer in Hektopascal (hPa) angegeben. Es gilt: 1 hPa = 100 Pa. Der Normaldruck auf Meereshöhe liegt bei 1013,25 hPa.

Ebenfalls gültig ist heute das Bar (bar). Ein Bar entspricht 100.000 Pa oder 1.000 hPa. Der Normaldruck auf Meereshöhe liegt demnach bei 1,01325 Bar. Da das Bar für die Angabe des atmophärischen Luftdruckes zu groß ist, wurde der Luftdruck früher in Millibar angegeben. Es gilt: 1000 Millibar sind 1 Bar. Die Angabe Millibar (mb) entspricht also dem Hektopascal (hPa), also 1 mb = 1 hPa.

Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe

Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe ab. In der unteren Troposphäre sinkt er mit 1 hPa pro 8 Meter Höhe. Zur Berechnung des Luftdrucks in einer bestimmten Höhe gibt es die sogenannte internationale Höhenformel:

Etwas vereinfacht zum Rechnen:

Ph: Luftdruck in der gewünschten Höhe h in hPa
h: Gewünschte Höhe in Metern

Bei dieser Formel wird das Bezugsniveau auf Meereshöhe gesetzt, und eine Standardatmosphäre angenommen, d. h. die Temperatur auf dem Bezugsniveau liegt bei 15° C und die Temperaturabnahme mit der Höhe liegt bei 0,65° C pro 100 Meter.

Messung des Luftdrucks

Gemessen wird der Luftdruck mit dem Barometer. Bekannt ist das Quecksilberbarometer, welches von Evangelista Torricelli (1608 - 1647) im Jahre 1643 erfunden wurde. Es besteht aus einem senkrechten und nach oben geschlossenen Rohr, welches mit Quecksilber gefüllt ist. Das untere Ende des Rohres ist offen und in ein Gefäß getaucht, das ebenfalls mit Quecksilber gefüllt ist. Durch das Eigengewicht fließt das Quecksilber aus dem Rohr nach unten in das Gefäß. Da das Rohr oben dicht ist, entsteht im oberen Teil des Rohres ein Unterdruck, so dass nicht alles Quecksilber in das untere Gefäß fließt.

Die Höhe der Quecksilbersäule im Rohr schwankt mit dem Luftdruck. Bei Normalbedingungen (1013 hPa) beträgt die Höhe der Quecksilbersäule im Rohr 760 Millimeter. Nach Torricelli wurde die Einheit Torr benannt:

1 Torr entsprechen 1 mm Quecksilber im Rohr oder 133,32 Pa (= 1,3332 hPa).
1 hPa entsprechen 0,75 Torr.

Quecksilberbarometer sind sehr genau. Oft werden sie bei den Wetterstationen als Referenzgeräte eingesetzt. Allerdings haben sie auch ihren Preis!

Geläufig ist heute das Dosenbarometer, auch Aneroid-Barometer genannt. Es besteht aus einem dosenförmigen hohlen Körper aus dünnem Blech, der auch als Vidie-Dose bezeichnet wird. Durch den Luftdruck wird die Vidie-Dose leicht verformt. Diese Verformung wird auf einen Zeigermechanismus übertragen. Um die Genauigkeit zu erhöhen, sind bei guten Barometern bis zu acht solcher Dosen übereinander gestapelt.

Schließlich gibt es noch den Barografen. Hier wird der Wert des Luftdruckes auf einen Stift übertragen, der ihn auf ein Diagrammpapier schreibt. Sehr begehrt sind heute die mechanischen Trommelbraografen, welche oft auf Schiffen verwendet wurden.

Barometer sowie Barograf gibt es heute auch als komplett elektronische Geräte. Viele haben eine Schnittstelle, wodurch sich ihre Daten auf einen Computer übertragen lassen.

Da Barometer auf Temperaturänderungen mit einer leichten Veränderung der Luftdruckanzeige reagieren, sollte sie an einem Ort mit möglichst geringen Temperaturschwankungen aufgestellt oder aufgehängt werden.

Bezugsniveau des Luftdrucks

Bekanntlich nimmt der Luftdruck mit der Höhe ab. Nun liegt aber jeder Ort auf einer anderen Höhe! Vergleicht man die Luftdruckwerte zwischen zwei Orten, sieht man hier hauptsächlich den Luftdruckunterschied durch die Höhendifferenz.

Um die Luftdruckwerte zwischen zwei Orten miteinander vergleichen zu können, müßten beide Orten auf exakt der gleichen Höhe liegen. Das ist aber meistens nicht der Fall. Wie oben erwähnt, nimmt der Luftdruck schon bei 8 Meter mehr Höhe um 1 hPa ab. Also müssen die Werte mit Hilfe der internationalen Höhenformel, die weiter oben gezeigt wurde, angeglichen werden. Als Höhen-Bezugsniveau hat man sich auf Meereshöhe geeinigt. Im Prinzip sind alle Luftdruckangaben von beliebigen Orten immer auf Meereshöhe bezogen (es sei denn es ist ausdrücklich anders angegeben). Erst dann kann man die verschiedenen Luftdruckwerte vergleichen und in Karten einzeichnen, welche die typischen Hoch- und Tiefdruckgebiete zeigen.

Um ein Barometer zu justieren braucht man den aktuellen Luftdruckwert eines richtig eingestellten und möglichst nahen gelegenen Gerätes. Dazu kann man z. B. den Meßwert der am nächsten gelegenen Wetterwarte erfragen oder per Internet abrufen. Normalerweise sind dies immer auf Meereshöhe reduzierte Werte.

Umrechnung der Einheiten

	Pa	hPa	bar	mb	Torr
1 Pa	1	0,01	0,00001	0,00000001	0,0075
1 hPa	100	1	0,001	1	0,75
1 bar	100.000	1.000	1	1000	750
1 mb	100	1	0,001	1	0,75
1 Torr	133,32	1,3332	0,0013332	1,3332	1