Als Vakuum bezeichnet man umgangssprachlich den Zustand in einem Raum bei Drücken unterhalb des Atmosphärendrucks. Der Druck kann dabei von Gasen oder Dämpfen erzeugt werden, die im Raum gleichmäßig verteilt sind.
Normgerecht wird Vakuum definiert als „der Zustand eines Gases, wenn in einem Behälter der Druck des Gases und damit die Teilchenzahldichte niedriger ist als außerhalb oder wenn der Druck des Gases niedriger ist als 300 mbar, d. h. kleiner als der niedrigste auf der Erdoberfläche vorkommende Atmosphärendruck.“ [2]
1.1.2 Vakuum im Überblick
Der Wert von 300 mbar in der Norm wird verständlich durch Betrachtung der barometrischen Höhenformel. Der Druck in der Atmosphäre sinkt mit steigender Höhe durch das abnehmende Gewicht der über einer Fläche stehenden Luftsäule.
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p_{h}=p_0\cdot\exp\left(-\frac{\rho_0\cdot g\cdot h}{p_0}\right) Formel 1-1: Barometrische Höhenformel
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p_h Atmosphärendruck bei der Höheh_ -
p_0 Atmosphärendruck auf Meereshöhe = 1.013,25 mbar oder 101.325 Pa -
g Erdbeschleunigung = 9,81 m s-2 - ρ0 Dichte der Luft auf Meereshöhe bei 0 °C = 1,293 kg m-3
Nimmt man vereinfachend an, dass Dichte der Luft, Erdbeschleunigung und Atmosphärendruck auf Meereshöhe konstant sind, erhält man durch Zusammenfassung.
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p_{h}=p_0\cdot\exp\left(-\frac{h}{8.005\mbox{ m}}\right) Formel 1-2: Barometrische Höhenformel, numerisch
Setzt man
p_h = p_0/2 und löst die Gleichung nach
h_ auf, erhält man die Halbwertshöhe
h_{1/2} = 5.548 m. Dies bedeutet, dass sich der Atmosphärendruck alle 5.548 m halbiert.
Setzt man in die Formel die Höhe des Mount Everest ein, erhält man einen Druck von 335 mbar oder in der formellen SI-Einheit 33.500 Pa bzw. 335 hPa. Damit erklären sich die in der Norm genannten 300 mbar als niedrigster auf der Erdoberfläche vorkommender Atmosphärendruck.
In der Folge werden wir Drücke in diesem Buch in der SI-Einheit Pa angeben und um die Vorsilbe „hekto“ ergänzen, um die normgerechte SI-Einheit mit in Mitteleuropa gewohnten Zahlenwerten in mbar zu korrelieren.
Auf der Reiseflughöhe eines Verkehrsflugzeugs von rund 10.000 m ist der Druck bereits auf 290 hPa gesunken. Wetterballons erreichen eine Höhe von bis zu 30 km, wo ein Druck von 24 hPa herrscht. Polarumlaufende Wettersatelliten fliegen auf einer polaren, sonnensynchronen Bahn in ca. 800 km Höhe. Hier ist der Druck bereits auf etwa 10-6 hPa abgefallen. Je weiter man sich von einem Planeten, einer Sonne oder einem Sonnensystem entfernt, umso niedriger wird der Druck. Im interstellaren Raum des Weltalls herrschen die niedrigsten bekannten Drücke.
In einer Reihe von technischen Anwendungen wird der Druck nicht absolut angegeben, sondern relativ zum atmosphärischen Druck. Der Druckbereich unterhalb des atmosphärischen Drucks wird mit in einer negativen Zahl oder einer Prozentzahl bezeichnet. Beispiele sind Manometer, Druckminderer an Gasflaschen oder Anwendungen von Vakuumhebezeugen oder -transportsystemen.
Zur Erzeugung von Vakuum auf der Erde werden unterschiedliche Typen von Vakuumpumpen eingesetzt. Einen Überblick über die Arbeitsbereiche wichtiger Vakuumpumpen und -messgeräte gibt die Abbildung 1.1: Vakuum im Überblick.
Setzt man in die Formel die Höhe des Mount Everest ein, erhält man einen Druck von 335 mbar oder in der formellen SI-Einheit 33.500 Pa bzw. 335 hPa. Damit erklären sich die in der Norm genannten 300 mbar als niedrigster auf der Erdoberfläche vorkommender Atmosphärendruck.
In der Folge werden wir Drücke in diesem Buch in der SI-Einheit Pa angeben und um die Vorsilbe „hekto“ ergänzen, um die normgerechte SI-Einheit mit in Mitteleuropa gewohnten Zahlenwerten in mbar zu korrelieren.
Auf der Reiseflughöhe eines Verkehrsflugzeugs von rund 10.000 m ist der Druck bereits auf 290 hPa gesunken. Wetterballons erreichen eine Höhe von bis zu 30 km, wo ein Druck von 24 hPa herrscht. Polarumlaufende Wettersatelliten fliegen auf einer polaren, sonnensynchronen Bahn in ca. 800 km Höhe. Hier ist der Druck bereits auf etwa 10-6 hPa abgefallen. Je weiter man sich von einem Planeten, einer Sonne oder einem Sonnensystem entfernt, umso niedriger wird der Druck. Im interstellaren Raum des Weltalls herrschen die niedrigsten bekannten Drücke.
In einer Reihe von technischen Anwendungen wird der Druck nicht absolut angegeben, sondern relativ zum atmosphärischen Druck. Der Druckbereich unterhalb des atmosphärischen Drucks wird mit in einer negativen Zahl oder einer Prozentzahl bezeichnet. Beispiele sind Manometer, Druckminderer an Gasflaschen oder Anwendungen von Vakuumhebezeugen oder -transportsystemen.
Zur Erzeugung von Vakuum auf der Erde werden unterschiedliche Typen von Vakuumpumpen eingesetzt. Einen Überblick über die Arbeitsbereiche wichtiger Vakuumpumpen und -messgeräte gibt die Abbildung 1.1: Vakuum im Überblick.
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Abbildung 1.1: Vakuum im Überblick [1]
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