Der Druck, den ein Gas ausübt, entsteht durch die Bewegung seiner Moleküle. Gasmoleküle bewegen sich frei und prallen von Behälterwänden und untereinander ab. Wenn die Moleküle von einem Hindernis abprallen, übertragen sie eine kleine Kraft. Die Richtungsänderung durch das Hindernis führt zu einer Impulsänderung, die auf das Hindernis drückt.
Wenn viele Moleküle ihren Impuls gegen eine Behälterwand ändern, kann der Druck beträchtlich sein. Der Impuls ist proportional zur Geschwindigkeit, und die Geschwindigkeit, mit der sich die Moleküle bewegen, hängt von der Temperatur ab. Mit steigender Temperatur des Gases bewegen sich die Moleküle schneller und der Druck, den sie ausüben, steigt. Die Tatsache, dass Gase Druck ausüben und der Druck von der Gastemperatur abhängt, lässt sich auf viele interessante Weise für nützliche Arbeiten nutzen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Der Gasdruck wird durch Gasmoleküle verursacht, die von den Behälterwänden und untereinander abprallen. Jedes Mal, wenn ein Molekül seine Richtung ändert, weil es auf eine Wand trifft, führt die Impulsänderung zu einem kleinen Schub. Aufgrund der Vielzahl der beteiligten Moleküle summieren sich die Stöße zu einem spürbaren Druck, mit dem Maschinen und Werkzeuge betrieben werden können.
Definition des Gasdrucks
Wenn die Moleküle eines Gases von den Wänden ihres Behälters abprallen, üben sie eine Kraft aus. Der Gasdruck ist definiert als die Kraft pro Flächeneinheit, die vom Gas erzeugt wird. Je nach Zweck der Messung werden üblicherweise unterschiedliche Einheiten verwendet. Im englischen System ist die Druckeinheit Pfund pro Quadratzoll. Im metrischen System sind es Newton pro Quadratmeter, Pascal genannt. In der Meteorologie entspricht eine Atmosphäre 14,7 Pfund pro Quadratzoll oder 101,325 Kilopascal.
Funktionsweise des Gasdrucks
Gase sind Flüssigkeiten, das heißt, sie strömen von einem Hochdruckvolumen zu einem Niederdruckvolumen. Volumen, die mehr Gas oder Gas mit höherer Temperatur enthalten, haben einen höheren Druck als solche, die weniger Gas enthalten oder kühler sind. Dies bedeutet, dass Gas von einem Behälter zum anderen strömen kann, indem der Druck im ersten Behälter erhöht wird, entweder durch Zugabe von mehr Gas oder durch Erhitzen des Behälters. Diese Eigenschaft des Gasdrucks ist die Grundlage vieler Motoren und Maschinen, die in Fabriken und im Transportwesen verwendet werden.
Mit Gasdruck arbeiten
Ein Beispiel für eine Anwendung, die Gasdruck für den Transport verwendet, ist der Motor eines Autos. Benzin oder Dieselkraftstoff wird der Luft zugesetzt und im Motor komprimiert. Der Kraftstoff verbrennt, erhitzt das Gas und erzeugt Druck, um auf die Kolben des Motors zu drücken. In diesem Fall erzeugt die Wärme des brennenden Kraftstoffs den Gasdruck, um den Automotor zu betreiben.
Bei Druckluftwerkzeugen wird die Maschine durch zusätzliche Luft anstatt durch Wärme angetrieben. Ein Kompressor führt Luft in einen Lufttank ein, der die verschiedenen Werkzeuge mit Druckluft versorgt. Die Werkzeuge nutzen den Luftdruck, um Schrauben einzuschrauben, Löcher zu stanzen oder Teile zu nageln. Die Luft strömt aus dem Hochdrucktank durch die Werkzeuge zum Niederdruck der Atmosphäre. Wenn die Luft ausströmt, treibt sie die Werkzeuge an.
Andere Beispiele für Gasdruck in Aktion finden sich in Getränkedosen, Auto- und Fahrradreifen, Spraydosen und Feuerlöschern. Die Moleküle, die den Gasdruck verursachen, tragen jeweils eine winzige Kraft bei, die sich addieren kann, um nützliche Arbeit im Maßstab physischer Objekte zu leisten.