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Luftdichte

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Luftdichte

Bis heute sind etwa 8400 erfolgreiche Besteigungen des weltweit höchsten Berges, dem Mount Everest, registriert worden. Es kamen aber auch insgesamt 300 Menschen zu Tode. Die Hauptursache dieser Unglücksfälle ist die Höhenkrankheit. Diese resultiert aus der mit zunehmender Höhe stark abnehmenden Luftdichte. Beim Atmen in solchen Höhen gelangt weniger Sauerstoff in die Lunge. Der Organismus kann nicht schnell genug versorgt werden, besonders bei einem zu schnellen Aufstieg. Doch was ist die Luftdichte eigentlich?

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:

Luftdichte Formel Berechnung Luftdichte StudySmarter

p = Luftdruck

M = molare Masse

R = universelle Gaskonstante mit Luftdichte universelle Gaskonstante Luftdichte StudySmarter

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 Normalbedingungen Luftdichte StudySmarter.

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.

Luftdichte Temperatur Abhängigkeit Luftdichte StudySmarterAbbildung 1: Luftdichte in Abhängigkeit von der Temperatur

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:

Luftdichte Berechnung der Gaskonstante StudySmarter

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.

Luftdichte Risiko der Höhenkrankheit StudySmarterAbbildung 2: Risikobereiche für die Entwicklung der HöhenkrankheitQuelle: dustyboots.blog

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.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Luftdichte

Trockene Luft hat eine Dichte von 1,204 kg/m^3 bei einer Temperatur von 20°C. 

Die Dichte von Luft lässt sich berechnen mit der Formel: rho = p*M / R*T. 

Die Luftdichte beträgt 1,292kg/m^3 bei einer Temperatur von 0°C. 

Die Masse von Luft ist abhängig von der Luftdichte und dem gewählten Volumen. Unter Normalbedingungen beträgt die Masse 1,292kg pro Kubikmeter Luft.  

Finales Luftdichte Quiz

Frage

Unter welchen Umständen lässt sich die Dichte von Luft berechnen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Berechnung erfolgt unter der Annahme, dass Luft ein ideales Gas sei. Die Teilchen sind dabei frei und unabhängig voneinander, besitzen kein Volumen und rotieren oder vibrieren nicht. 

Frage anzeigen

Frage

Wie kann die Luftdichte berechnet werden?

Antwort anzeigen

Antwort

 

Frage anzeigen

Frage

Wie lautet die universelle Gaskonstante zur Berechnung der Luftdichte? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die universelle Gaskonstante beträgt unter Normalbedingungen 

Frage anzeigen

Frage

Wie hoch ist die Luftdichte unter Normalbedingungen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Luftdichte beträgt 

Frage anzeigen

Frage

Mit zunehmender Temperatur ... die Luftdichte. 

Antwort anzeigen

Antwort

sinkt

Frage anzeigen

Frage

Mit zunehmendem Luftdruck ... die Luftdichte. 

Antwort anzeigen

Antwort

steigt

Frage anzeigen

Frage

Wie beeinflusst die Luftfeuchtigkeit die Luftdichte?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit steigender Luftfeuchtigkeit nimmt die Luftdichte ab. Die Wassermoleküle verdrängen dabei die Luft selbst. 

Frage anzeigen

Frage

Wie kann die Luftfeuchtigkeit für die Luftdichte berechnet werden?

Antwort anzeigen

Antwort

 

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Höhenkrankheit?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Höhenkrankheit bezeichnet die unterschiedlichen Symptome, die aufgrund der abnehmenden Luftdichte in großen Höhen auftreten. 

Frage anzeigen

Frage

Ab welcher Höhe beginnt die Todeszone?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Luftdichte unterschreitet den sicheren Wert bei einer Höhe von 7000-7500m über N.N. 

Frage anzeigen

Frage

Welche typischen Symptome treten als Zeichen der Höhenkrankheit auf?

Antwort anzeigen

Antwort

Die geringe Luftdichte sorgt für: 

  • Kopfschmerzen
  • Übelkeit
  • Schwindel
  • Schlafstörungen
  • Schwellungen
  • Torkeln
  • psychische Instabilität
Frage anzeigen

Frage

An welchen Symptomen sterben die meisten Menschen in Folge der geringen Luftdichte?

Antwort anzeigen

Antwort

Die häufigsten Todesfälle treten aufgrund eines Höhenhirn- oder Höhenlungenödems auf. 

Frage anzeigen

Frage

Wie gleicht der Organismus die geringere Luftdichte aus?

Antwort anzeigen

Antwort

Aufgrund des ebenso fehlenden Sauerstoffpartialdrucks produziert der Organismus mehr Erythrozyten zur Aufnahme von Sauerstoff. Dieser Prozess wird als Akklimatisierung bezeichnet. 

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder falsch?

Ein schneller Abstieg hilft in jedem Fall gegen die Höhenkrankheit. 

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch. Trotz eines schnellen Abstiegs müssen manche Patienten anschließend mithilfe einer Überdruckkammer an die unterschiedlichen Luftdrücke gewöhnt werden. 

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder falsch?

Die Luftdichte ist an einem Ort immer konstant. 

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch, die Luftdichte schwankt in Abhängigkeit von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Sie wird also durch das Klima selbst beeinflusst. 

Frage anzeigen
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