Springe zu einem wichtigen Kapitel
Die Luftdichte: Definition
Die Luftdichte ist ein Maß dafür, wie viel Luft sich in einem bestimmten Volumen befindet.
Luft ist ein Gasgemisch. Aufgrund seines Aggregatzustands kann dieses jedoch noch stark komprimiert, also zusammengedrückt, werden. Abhängig von der Höhe ändert sich die Luftdichte. Daher kommt auch der Spruch, dass die Luft in der Höhe dünner wird. Die Dichte nimmt ab. Die Luftdichte selbst lässt sich berechnen, indem man davon ausgeht, dass Luft ein ideales Gas sei.
Ideales Gas weist folgende Eigenschaften auf:
- Die Teilchen sind frei und üben keine Kräfte aufeinander aus.
- Die Gasteilchen belegen kein Volumen im Raum.
- Sie rotieren und vibrieren nicht. Die einzige Energie bezieht sich auf die kinetische Energie der Translation.
Unter diesen Bedingungen lässt sich die Dichte mit folgender Gleichung berechnen:
p = Luftdruck
M = molare Masse
R = universelle Gaskonstante mit
T = Temperatur in Kelvin
Da sowohl die molare Masse als auch die Gaskonstante für Luft konstant bleiben, ist die Luftdichte folglich abhängig von Temperatur und Luftdruck. Unter Normalbedingungen (0 °C und Normaldruck) entspricht die Luftdichte .
Einfluss der Temperatur auf die Luftdichte
Du hast nun gerade erfahren, dass die Luftdichte abhängig von der Temperatur ist. Um den Unterschied dabei zu messen, muss der Luftdruck konstant gehalten werden. Daher erfolgen viele Messungen im Labor. Der Luftdruck in der Realität schwankt schließlich von Tag zu Tag und ist abhängig vom Klima.
Mit zunehmender Temperatur sinkt die Luftdichte. Das liegt an der Bewegung der Atome. Bei steigender Temperatur bewegen sich die Atome immer mehr um ihre Position. Dadurch lässt sich das Gas nicht mehr so stark komprimieren wie bei kühleren Temperaturen, wenn die Atome vergleichsweise ruhig sind.
Abhängigkeit der Luftdichte von der Feuchtigkeit
Die Feuchtigkeit der Luft nimmt einen Einfluss auf die Luft, indem dadurch die Gaskonstante verändert wird. Das kannst Du an einem Messgerät für Luftfeuchtigkeit erkennen. Dieses gibt die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent wieder.
Bei einer Luftfeuchtigkeit von 100 % ist die Luft gesättigt und kann keinen weiteren Wasserdampf aufnehmen. An dieser Stelle würde Wasser nicht mehr verdunsten. Die normale Luftfeuchtigkeit in Räumen beträgt zwischen 40 % und 60 %.
Entsprechend ist die Luftfeuchtigkeit ein Wert zwischen 0 und 1, der in die Berechnung der Gaskonstanten eingeht. Diese berechnet sich dann entsprechend durch folgende Gleichung:
Die Luftfeuchtigkeit geht hier als Phi ein, allerdings siehst Du anhand der Gleichung, dass selbst die Gaskonstante noch abhängig vom Umgebungsdruck ist. Beide Komponenten verhalten sich zueinander proportional.
Mit zunehmender Feuchtigkeit in der Luft nimmt die Luftdichte schließlich, ähnlich wie die Temperatur, ab. In diesem Zustand befinden sich immer mehr Wassermoleküle in der Luft. Diese nehmen entsprechend Platz weg, weshalb die Luft nicht mehr so dicht sein kann wie bei niedrigerer Luftfeuchtigkeit.
Luftdichte: Die Höhenkrankheit
Die Höhenkrankheit bezeichnet die verschiedenen Symptome, die durch den Sauerstoffmangel in großen Höhen entstehen.
Dieses Phänomen ist besonders unter Bergsteigern weitverbreitet und auch die Ursache für viele Tode am Mount Everest. Die meisten Menschen bemerken den Unterschied ab einer Höhe von 2500 Metern über Normal Null (N.N.).
Ursache dafür ist der abnehmende Luftdruck. Dadurch wird die Luft dünner. Es befindet sich nicht mehr ausreichend Sauerstoff in der Luft, was durch einen abnehmenden Sauerstoffpartialdruck gekennzeichnet ist.
Ab einer Höhe von 7000 bis 7500 Metern beginnt dann die Todeszone. In dieser Höhe ist nur noch etwa 40 % des üblichen Luftdrucks vorhanden. Die Luftdichte sinkt rapide. Wird dem Organismus keine Zeit gegeben, sich an die neuen Umstände anzupassen, kommt es zu zahlreichen Symptomen, welche oft zum Tod führen.
Symptome
Die typischsten Symptome der Höhenkrankheit sind Kopfschmerzen, Übelkeit sowie Schwindel und allgemeines Unwohlsein. In den meisten Fällen ist auch ein erhöhter Puls zu bemerken. Der Organismus pumpt schneller Blut durch die Adern, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung zu gewährleisten.
Mit weiterhin abnehmender Luftdichte kommen noch folgende Symptome dazu:
- Anschwellen der Hände und Füße
- Schlafstörungen
- Probleme beim Urinieren (geringe Urinausscheidung)
- trockener Husten
- Torkeln
- psychische Abgeschlagenheit
In vielen Fällen werden die Symptome dennoch ignoriert. Im schlimmsten Fall kann es dann zu einem Höhenhirn- oder Höhenlungenödem kommen. Dabei sammelt sich Flüssigkeit in den jeweiligen Bereichen.
Bei einem Höhenhirnödem treten vor allem Halluzinationen auf. Das Verhalten der Person ändert sich grundlegend, manche werden sogar bewusstlos. Der Tod selbst tritt nicht aufgrund des Ödems ein. Vielmehr sind es die Auswirkungen des Ödems auf den Verstand und die Koordination.
Das Höhenlungenödem hingegen verschlechtert die Lage des Sauerstoffmangels noch einmal deutlich. Durch die Flüssigkeitssammlung in der Lunge wird das Atmen zusätzlich erschwert. Wird darauf zu spät reagiert, kommt es vor, dass der Betroffene erstickt.
Hilfsmittel gegen zu geringe Luftdichte
Tatsächlich ist der menschliche Organismus in der Lage, die Bedingungen in den unterschiedlichen Höhen auszugleichen. Im Falle von Bergsteigern geschieht dies, indem im Organismus selbst rote Blutkörperchen produziert werden. Diese beinhalten das Hämoglobin. Mehr Sauerstoff kann aus der Luft aufgenommen werden. Die sinkende Luftdichte kann etwas ausgeglichen werden.
Damit dieser Effekt eintritt, muss dem Organismus jedoch die Zeit dafür gegeben werden. Daher ist es umso wichtiger, den Aufstieg langsam anzugehen. Man bezeichnet diesen Prozess als Akklimatisierung.
In extremen Fällen ist jedoch zu einem schnellen Abstieg zu raten, um ärztliche Hilfe aufzusuchen. Mithilfe von Medikamenten können die Ödeme in Lungen und Hirn behandelt werden. In den schlimmsten Fällen kann der Betroffene sogar in einer Überdruckkammer an einen Abstieg gewöhnt werden, bei dem er jedoch ausreichend Sauerstoff zur Verfügung hat.
Luftdichte - Das Wichtigste
- Die Luftdichte ist ein Maß dafür, wie viel Luft sich in einem bestimmten Volumen befindet.
- Sie kann berechnet werden mithilfe der Formel: .
- Mit zunehmender Temperatur sinkt die Luftdichte. Ursache dafür ist die zunehmende Teilchenbewegung, wenn auch die Temperatur steigt.
- Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit sinkt die Luftdichte ebenfalls. Das liegt daran, dass die Wassermoleküle in der Luft die Luft selbst verdrängen.
- Bei steigendem Luftdruck steigt hingegen auch die Luftdichte. Diese Größen verhalten sich proportional zueinander.
- Beim Bergsteigen ist die Luftdichte zu beachten, da sonst die Höhenkrankheit eintritt. Dabei reagiert der Körper mit verschiedenen Symptomen auf den fehlenden Sauerstoffpartialdruck in der Luft.
- Der Organismus ist in der Lage durch die zusätzliche Produktion von roten Blutkörperchen sich an die geringere Luftdichte anzupassen. Dieser Prozess wird Akklimatisierung genannt, dauert jedoch etwa 10–14 Tage.
- Mithilfe verschiedener Medikamente oder einer Überdruckkammer können Betroffene von der Höhenkrankheit geheilt werden. Dafür ist jedoch ein schneller Abstieg mit sofortiger ärztlicher Behandlung notwendig.
Lerne schneller mit den 2 Karteikarten zu Luftdichte
Melde dich kostenlos an, um Zugriff auf all unsere Karteikarten zu erhalten.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Luftdichte
Welche Dichte hat trockene Luft?
Trockene Luft hat eine Dichte von 1,204 kg/m^3 bei einer Temperatur von 20°C.
Wie kann man die Dichte von Luft berechnen?
Die Dichte von Luft lässt sich berechnen mit der Formel: rho = p*M / R*T.
Wie schwer ist feuchte Luft?
Die Luftdichte beträgt 1,292kg/m^3 bei einer Temperatur von 0°C.
Was ist die Masse von Luft?
Die Masse von Luft ist abhängig von der Luftdichte und dem gewählten Volumen. Unter Normalbedingungen beträgt die Masse 1,292kg pro Kubikmeter Luft.
Über StudySmarter
StudySmarter ist ein weltweit anerkanntes Bildungstechnologie-Unternehmen, das eine ganzheitliche Lernplattform für Schüler und Studenten aller Altersstufen und Bildungsniveaus bietet. Unsere Plattform unterstützt das Lernen in einer breiten Palette von Fächern, einschließlich MINT, Sozialwissenschaften und Sprachen, und hilft den Schülern auch, weltweit verschiedene Tests und Prüfungen wie GCSE, A Level, SAT, ACT, Abitur und mehr erfolgreich zu meistern. Wir bieten eine umfangreiche Bibliothek von Lernmaterialien, einschließlich interaktiver Karteikarten, umfassender Lehrbuchlösungen und detaillierter Erklärungen. Die fortschrittliche Technologie und Werkzeuge, die wir zur Verfügung stellen, helfen Schülern, ihre eigenen Lernmaterialien zu erstellen. Die Inhalte von StudySmarter sind nicht nur von Experten geprüft, sondern werden auch regelmäßig aktualisiert, um Genauigkeit und Relevanz zu gewährleisten.
Erfahre mehr