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Druck

Klassische MechanikStrömungsmechanikThermodynamik und statistische PhysikOptikPlasmaphysik, Magnetohydrodynamik, Quotient p aus der Kraft F (genauer: des senkrecht auf einer Fläche stehenden Kraftanteils F ^ ) und der Fläche A, auf die sie einwirkt: p = dF ^ /A = F ·nA (nA: Normalenvektor von A). Bei ungleichmässiger Krafteinwirkung oder bei gekrümmten Flächen ist ein hinreichend kleines Flächenelement dA zu betrachten: p = dF ^ /dA. Der Druck auf einen Körper ist positiv, wenn die Kraft zum Körper hin gerichtet ist, ein negativer Druck entspricht einem Zug. Eine Übersicht über Druckeinheiten gibt die Tabelle.

 

Druck: Umrechnungen von verschiedenen Druckeinheiten.

Einheitenname

Einheitenzeichen

Beziehung

Äquivalent

Dyn pro Quadratzentimeter

dyn/cm2

 

       0,1Pa

Torr

Torr

1/760atm

    133,322Pa

konventionelle Millimeter-Quecksilbersäule

mmHg

 

    133,322Pa

konventionelle Meter-Wassersäule

mWs

0,1at

   9806,65Pa

Kilopond pro Quadratzentimeter

kp/cm2

 

98 066,5Pa

technische Atmosphäre

at, ata, atu, atü

1kp/cm2

98 066,5Pa

Bar

bar

106dyn/cm2

       105Pa

physikalische Atmosphäre

atm

 

101 325Pa

poundal per square foot

pdl/ft2

 

        1,488 16Pa

pound-force per square foot

lbf/ft2

 

      47,880 3Pa

conventional inch of water

inH2O

 

    249,089Pa

foot of water

ftH2O

 

 2 989,07Pa

conventional inch of mercury

inHg

 

  3386,39Pa

pound-force per square inch

lgf/in2, psi

 

  6894,76Pa

ton-force per square inch

tonf/in2

2240lbf/in2

      15,444 3 × 106Pa

 

Druck tritt nicht nur an Grenz- und Oberflächen, sondern auch im Inneren von Festkörpern, Flüssigkeiten oder Gasen auf. Diese Verallgemeinerung kann veranschaulicht werden, wenn man sich innerhalb des Körpers kleine Teilvolumina herausgeschnitten und somit neue Ober- bzw. Grenzflächen erzeugt denkt.

Als absoluten Druck bezeichnet man den auf einen Referenzdruck bezogenen Druck. Man nutzt als Referenzdruck, ähnlich dem absoluten Nullpunkt der Temperatur, gewöhnlich das Vakuum mit p = 0.

1) Thermodynamik: Ein System im thermodynamischen Gleichgewicht hat einen einheitlichen Druck, der sich als eine der verallgemeinerten Kräfte darstellt, wobei das Volumen V der zugehörige äussere Parameter ist:

Druck

(T: Temperatur, S: Entropie).

2) Strömungsmechanik: Hier unterscheidet man zwischen hydostatischem, statischem und dynamischem Druck. Der hydrostatische Druck (die hydrostatische Spannung) ist der Druck innerhalb einer ruhenden Flüssigkeit oder eines ruhenden Gases. Die Druckkraft steht dabei senkrecht auf jeder beliebigen Schnittfläche innerhalb der Flüssigkeit (Pascalsches Prinzip). Der hydrostatische Druck phydr setzt sich aus dem von aussen aufgeprägten Betriebsdruck pa und dem höhenabhängigen, für Gase und Flüssigkeiten unterschiedlichen Schweredruck ph zusammen.

Druck.

Bemerkenswert ist, dass der Druck auf den Boden eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Gefässes nur von der Füllhöhe, nicht aber von der Form des Gefässes abhängt (hydrostatisches Paradoxon). Bei Flüssigkeitssäulen geringer Höhe kann der Schweredruck vernachlässigt werden, und die dann allseitige Gleichheit des hydrostatischen Druckes findet eine wichtige technische Anwendung in der hydraulischen Presse.

Demgegenüber ist der statische Druck als der nicht dynamische Teil des in der Bernoullischen Gleichung betrachteten Gesamtdruckes, der sich aus dem Betriebsdruck und dem Schweredruck (geodätischer Druck) zusammensetzt, teilweise auch durch das Strömen einer Flüssigkeit oder eines Gases bedingt.

Der dynamische Druck in einer strömenden Flüssigkeit ist definiert als Druck, wobei r die Dichte und v die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit bedeutet. Der dynamische Druck ist der die Dynamik beschreibende Term in der Bernoullischen Gleichung.

Die meisten Methoden der Druckmessung beruhen auf den Prinzipien der Hydrostatik und der Hydrodynamik (Manometer, Drucksensor).

Die Tangentialkräfte F, die bei elastisch oder auch plastisch verformten Körpern oder bei Strömungen zäher Flüssigkeiten auftreten, und die sich nicht durch den Druck beschreiben lassen, werden zusammen mit den Normalkräften durch Spannungen beschrieben und im Spannungstensor mathematisch erfasst.

3) Plasmaphysik: der magnetische Druck in einem Plasma ist identisch mit der Energiedichte des magnetischen Feldes
B2/(2 m0). Der magnetische Druck ist für das Verständnis des magnetischen Plasmaeinschlusses wichtig. Die magnetische Kraft setzt sich aus dem Gradienten des magnetischen Drucks und dem Term  - B Ñ B/m0 zusammen und kompensiert im magnetohydrodynamischen Gleichgewicht gerade den Gradienten des Plasmadrucks. Zum Einschluss eines Plasmas wird ein Magnetfeld benötigt, dessen magnetischer Druck mindestens gleich dem Plasmadruck ist. Das Verhältnis von Plasmadruck und magnetischem Druck heisst Beta oder Plasmabeta und stellt ein Mass für die Effizienz einer Gleichgewichtskonfiguration dar.

4) Optik: Lichtdruck Strahlungsdruck.

 

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