Definition

Gase spielen für sehr viele thermodynamische Prozess eine wichtige Rolle, sei es das gasförmige Treibstoff-Luft-Gemisch in Verbrennungsmotoren oder das gasförmiges Wasser in Dampfkraftwerken. Eine wichtige Größe zur Charakterisierung des Gaszustandes ist neben der Temperatur auch der Druck unter dem das Gas steht (bzw. den das Gas ausübt). So entsteht bspw. durch die Verbrennung eines Treibstoff-Luft-Gemisches im Motorzylinder ein so hoher Druck, dass ein darin befindlicher Kolben nach unten gedrückt und hierdurch eine Kurbelwelle in Rotation versetzt wird. Aus diesem Grund soll in den folgenden Abschnitten auf den Druckbegriff näher eingegangen werden.

Im Alltag begegnet einem häufig der Begriff des Druckes. Wacht man bspw. morgens auf einem zerknitterten Kissen auf, so wird man im Spiegel eventuell Druckspuren im Gesicht erkennen können. Die Falten des Kissens haben sich in die Haut gedrückt. Beim Backen drückt man mit den Fingern in den Teig um ihn durchzukneten. Die Füße eines schweren Schrankes drücken auf den relativ weichen Holzboden und hinterlassen unschöne Abdrücke. Eine Reißzwecke wird in eine Wand gedrückt um ein Plakat aufzuhängen.

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Abbildung: Druckwirkung einer Reißzwecke

Diese Beispiele zeigen, dass ein Druck offensichtlich immer nur dann entsteht, wenn mindestens zwei Gegenstände beteiligt sind (Kissen-Haut, Finger-Teig, Fuß-Boden, Reißzwecke-Wand) und aufeinander Kräfte ausüben. Die Druckwirkung entsteht dabei immer an den unmittelbaren Berührungsflächen der beiden Gegenstände.

Aber nicht nur die Kraft ist für die Stärke einer Druckwirkung entscheidend. Hält man bspw. eine Reißzwecke zwischen Daumen und Zeigefinger, so wird man beim Zusammendrücken sehr rasch Unterschiede feststellen, und das obwohl beide Seiten offensichtlich mit derselben Kraft zusammengedrückt werden. Die Spitze der Reißzwecke drückt wesentlich schmerzhafter auf die Haut als der gegenüberliegende Kopf [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung]. Auch die Größe der Fläche, auf die die Kraft wirkt, entscheidet maßgeblich über die Stärke der Druckwirkung.

Die Alltagserfahrung zeigt, dass die Druckwirkung umso größer ist ...

  • je größer die Druckkraft \(F\) und
  • je geringer die Druckfläche \(A\) ist.

Sinnvollerweise definiert man die Stärke einer Druckwirkung deshalb als Quotient aus Kraft \(F\) und Fläche \(A\).

\begin{align}\;\;\;\;\;
&\boxed{p = \frac{F}{A}} ~~~~~[p]=\frac{\text{N}}{\text{m²}} = \text{Pa} ~~~\text{(Pascal)} \\[5px]
\end{align}

Diese Druckwirkung wird kurz als Druck \(p\) bezeichnet. Der Druck beschreibt somit anschaulich die Kraftverteilung auf einer Fläche („Kraft pro Fläche“) und besitzt entsprechend die Einheit \(\frac{\text{N}}{\text{m²}}\) (auch Pascal \(\text{Pa}\) genannt). So bedeutet bspw. ein Druck von 300 N/m², dass pro Quadratmeter Fläche eine Kraft von 300 N wirkt.

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