Techniklexikon

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 ·n_A (n_A: 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.

bottom:solid black 1.1pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Einheitenname	bottom:solid black 1.1pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Einheitenzeichen	bottom:solid black 1.1pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Beziehung	bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 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
bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> physikalische Atmosphäre	atm		bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 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
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> ton-force per square inch	bottom: solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> tonf/in2	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 2240lbf/in2	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'>       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:

(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 p_hydr setzt sich aus dem von aussen aufgeprägten Betriebsdruck p_a und dem höhenabhängigen, für Gase und Flüssigkeiten unterschiedlichen Schweredruck p_h zusammen.

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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 , 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.