Luftdruck – Aufbau und Funktion eines Barometers

Hallo und herzlich willkommen beim Lernvideo zum Thema Luftdruck, speziell zum Barometer, dem Messgerät des Luftdrucks. Mit dem Phänomen Druck allgemein solltet ihr schon etwas vertraut sein und einige Videos gesehen haben. Am Ende des Films werdet ihr dann die verschiedenen Arten von Barometern kennen und ihre Funktionsweise verstehen. Wir werden uns dafür erst mal allgemein mit Barometern beschäftigen. Woher kommt der Begriff? Und wo liegt der Unterschied zu einer herkömmlichen Waage? Danach zeige ich euch zwei häufig verwendete Versionen, das Flüssigkeitsbarometer und das Dosenbarometer. Wir betrachten hierbei den Aufbau und die Funktionsweise dieser unterschiedlichen Geräte. Am Ende schauen wir uns dann noch einmal ein paar kleine Beispiele an, wo man Barometer heutzutage überall benutzt. Doch beginnen wir erst einmal ganz vorne. Barometer sind Messgeräte, mit denen man den Druck, bevorzugt den Luftdruck, messen kann. Der Name wurde vom irischen Forscher Robert Boyle eingeführt und leitet sich von den griechischen Wörtern "baros" und "metrein" ab, das bedeutet "Gewicht" und "messen". Man darf das Barometer aber nicht mit einer herkömmlichen Waage verwechseln. Eine Waage misst quasi die Masse eines Körpers. Genauer gesagt misst sie die Kraft, mit der ein Körper von der Erde angezogen wird. Ein Barometer hingegen misst keine Kraft, sondern einen Druck, also Kraft pro Fläche. Das ist der feine, aber wichtige Unterschied. Und genau hier liegt auch die Funktionsweise eines Barometers. Wenn der Luftdruck steigt, so wirkt auf einen Körper oder eine Fläche eine größere Kraft und die Wirkung dieser Kraft kann man leicht messen. Das beste Beispiel für ein Barometer ist das Flüssigkeitsbarometer. Es besteht grob gesagt aus einer kleinen Wanne und einem Rohrstück, das im oberen Ende luftdicht verschlossen und am anderen Ende offen ist. Das Rohr ist mit einer Flüssigkeit gefüllt und wird mit dem offenen Ende in die ebenfalls mit einer Flüssigkeit gefüllten Wanne gesenkt. Durch das Eigengewicht der Flüssigkeit sinkt diese im Rohr ein Stück ab. Dabei entsteht am geschlossenen Ende ein Vakuum, also ein luftleerer Freiraum. Die Funktionsweise ist nun simpel. Über dem Wasser der Wanne befinden sich Gasteilchen der Luft. Diese bewegen sich und erzeugen so einen Druck auf die Wasseroberfläche. Da sich am oberen Ende des Rohrstücks jedoch ein Vakuum befindet, wird hier kein Druck erzeugt. Der Luftdruck schiebt somit das Wasser in das Rohr und der Wasserspiegel im Rohr steigt. Je größer der Druck ist, desto höher steigt das Wasser. Sinkt der Luftdruck wieder, so zieht die Erdanziehung die Flüssigkeit im Rohr wieder ein Stück herunter. Man muss also nur eine Skala am Rohrstück anbringen und kann darüber den aktuellen Druck ablesen. Wichtig hierbei ist, dass es die Luft ist, die das Wasser in das Rohr drückt, nicht aber das Vakuum, welches es in das Rohr zieht. Naiv betrachtet scheint das Vakuum lediglich das Wasser anzuziehen. Physikalisch ist das jedoch Quatsch. Die nächste, oft verwendete Variante des Druckmessers, ist das Dosenbarometer. Aufgebaut ist es maßgeblich aus einem dosenartigen Gebilde und einem Zeiger. In der Dose herrscht ein starker Unterdruck. Der Luftdruck drückt nun von außen gegen diese Dose und verformt sie leicht. Dadurch bewegt sich der Zeiger und man kann den aktuellen Luftdruck erkennen. Denn je stärker der Luftdruck ist, desto stärker bewegen sich die Luftteilchen und drücken die Dose immer weiter zusammen. In modernen Dosenbarometern werden sogar hohe Stapel von diesen Dosen benutzt. Dadurch lässt sich die Empfindlichkeit erhöhen und man kann auch kleine Änderungen des Luftdrucks messen. Werfen wir nun noch einen kurzen Blick auf die Anwendungsbereiche von Barometern. Heutzutage benutzt man sie sehr vielseitig. Zum Beispiel in Flugzeugen, dort werden sie benutzt, um sowohl den Außendruck als auch den Innendruck im Flugzeug selbst zu messen, denn diese müssen den ganzen Flug über gleich bleiben. Man kann über den Luftdruck sogar die aktuelle Flughöhe bestimmen. Für moderne Flugzeuge ist diese Methode aber zu ungenau. Jede Wetterstation benutzt ebenso Barometer, denn mit ihrer Hilfe lässt sich sogar abschätzen, wie das Wetter in den nächsten Stunden werden wird. Und natürlich benötigt man auch stets den aktuellen Luftdruck beim Tauchen mit einem U-Boot, denn dieser muss jederzeit bei Bedarf nachgeregelt werden, denn man will ja nicht, dass das U-Boot zusammengedrückt wird, wie die Dose im Dosenbarometer. Damit verabschiede ich mich von euch und hoffe ihr hattet Spaß beim Schauen. Euer Phillip Physik.