„Saugwirkung“ – Versionsunterschied
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| Jahr=2012 |
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Denn in dem mit Quecksilber gefüllten, oben geschlossenen Rohr im Bild kann Quecksilber nur bis in eine Höhe von etwa 760 mm gesaugt werden, was dem Druck in der [[Erdatmosphäre]] entspricht, die im Bild bei B das Quecksilber ins Rohr hochdrückt. Darüber hinaus bildet sich ein deutlich abgesetzter Leerraum (A–C), der mit Quecksilberdampf gefüllt ist. Auf diesem Prinzip basiert das [[Quecksilberbarometer]]. |
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Die Saugwirkung beruht allgemeiner auf einem [[Druckgradient]], genauer einem [[Druck (Physik)|Druck]]­gefälle in Richtung eines [[Unterdruck]]s, im Rohr am oberen Ende der Quecksilbersäule. Der Unterdruck |
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* kann mit [[Saugpumpe]]n hergestellt werden, siehe [[#Saugwirkung in der Hydrostatik]], oder |
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* beruht auf dem [[Kapillareffekt]], siehe [[#Saugwirkung von Löschpapier]], oder |
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* entsteht hinter umströmten Körpern, siehe [[Sog (Saugwirkung)|Sog]] |
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Gelegentich wird auch die [[Adhäsionskraft]] als Saugwirkung bezeichnet. Im übertragenen Sinn steht Sogwirkung auch für [[Attraktivität|Anziehungskraft/Attraktivität]].<ref>{{Internetquelle |
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== Saugwirkung in der Hydrostatik == |
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Der bezüglich der Umgebung geringere Gasdruck in einem Rohr vermag Flüssigkeiten anzuheben,<ref name="sigloch">{{Literatur |
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| Autor=H. Sigloch |
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| Titel=Technische Fluidmechanik |
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| Verlag=Springer Vieweg |
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| Ort=Berlin, Heidelberg |
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| Jahr=2014 |
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| ISBN=978-3-642-54291-6 |
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| DOI=10.1007/978-3-642-54292-3 |
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| Online={{Google Buch| BuchID=GbAfBAAAQBAJ| Seite=ix}} |
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| Abruf=2020-03-17}}</ref>{{rp|49}} siehe Bild. Das wird in [[Quecksilberbarometer]]n technisch ausgenutzt. Die maximal erreichbare Saughöhe H wird durch den [[Dampfdruck]] der Flüssigkeit F nach oben begrenzt. |
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Die Hubhöhe bestimmt sich aus dem Pascalschen Gesetz für den [[Hydrostatischer Druck|hydrostatischen Druck]]: |
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: p = p<sub>0</sub> + ''ρ''·g·t |
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Demnach ist der Druck p die Summe aus dem Umgebungsdruck p<sub>0</sub> an der [[Freie Oberfläche (Strömungslehre)|freien Oberfläche]] (bei t=0) und dem Gewichtsdruck der Flüssigkeitssäule der [[Dichte]] ''ρ'' auf einem Punkt in der Tiefe t und im Schwerefeld mit [[Schwerebeschleunigung]] g. In gleicher Tiefe herrscht überall derselbe Druck, siehe [[Fluidstatik#Niveauflächen des Drucks]]. Auf die Situation im Bild angewendet bedeutet das: |
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: p<sub>3</sub> = p<sub>1</sub> + ''ρ''·g·(h+H) = p<sub>2</sub> = p<sub>0</sub> + ''ρ''·g·h → p<sub>1</sub> + ''ρ''·g·H = p<sub>0</sub> |
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Wegen des Dampfdrucks der Flüssigkeit F ist p<sub>1</sub>>0 und |
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Die Saugwirkung wird durch den Umgebungsdruck nach oben beschränkt. |
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Als Beispiel wird die maximale Steighöhe eines [[Quecksilberbarometer]]s in der [[Normatmosphäre]] berechnet. Dort herrscht der Umgebungsdruck p<sub>0</sub>=101.325 [[Pascal (Einheit)|Pa]] und die Schwerebeschleunigung g=9,80665 [[Meter|m]]/[[Sekunde|s]]<sup>2</sup>. Die Dichte und der Dampfdruck von [[Quecksilber]] sind ''ρ''=13.545,9 kg/m<sup>3</sup> bzw. p<sub>Hg</sub>=0,163 Pa. Dort steigt Quecksilber maximal auf |
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:<math>\mathsf{H=\frac{(101.325-0,163)\,Pa}{13.545,9\,{\frac{kg}{m^3}} |
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\cdot9,80665\,{\frac{m}{s^2}}}=762{,}76\,mm}</math> |
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Der Dampfdruck verringert die Steighöhe nur um ein tausendstel Millimeter (mm). |
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Im Mittelalter erklärte man das Ansteigen einer Flüssigkeitssäule beim Saugen mit dem Begriff [[Vakuum #Geschichte der Erforschung|horror vacui]], der „Scheu vor dem Leeren“. Dabei blieb offen, ob der horror vacui beliebig stark war oder Grenzen hatte.<ref name="prandtl"/>{{rp|32}} |
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== Saugwirkung von Löschpapier == |
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[[Datei: Capilaridad.png|mini|hochkant=0.3|[[Kapillareffekt|Kapillar­effekt]]]] |
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[[Löschpapier]] nutzt den [[Kapillareffekt]] aus. Es enthält feine [[Kapillare]], in die [[Benetzung|benetzende]] Flüssigkeiten wie Tinte gesaugt werden. |
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Der Kapillareffekt beruht auf der [[Grenzflächenspannung]] zwischen Gas, Flüssigkeit und Festkörper, eine Spannung, die im Bild den [[Kontaktwinkel]] des [[Meniskus (Hydrostatik)|Meniskus]] an der Oberfläche des Wassers (H<sub>2</sub>O) bestimmt. Die [[Oberflächenspannung]] erzeugt auf der gekrümmten Oberfläche des Meniskus einen Druck, der ein [[mechanisches Gleichgewicht]] mit der [[Gewichtskraft]] der Flüssigkeitssäule sucht.<ref name="sigloch"/>{{rp|13}} |
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== Anwendungen == |
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=== Fluidstatik === |
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* [[Saugnapf]] als Befestigungselement |
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* Festhalten & Transportieren von glatten flächigen Gegenständen mit einem [[Vakuumgreifer|Sauggreifer]] |
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* Aufspannen von Werkstücken auf einem [[Vakuumtisch]] |
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* Zur Beschleunigung von [[Filtration (Trennverfahren)|Filtrations-]] bzw. Entwässerungsprozessen, wobei es kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitende Prozesse gibt |
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* Nutzung von Unterdruck für den [[Bremskraftverstärker]] von PKW und leichten LKW sowie für deren [[Zentralverriegelung]] |
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=== Fluiddynamik (Sog) === |
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[[Datei:Manche a air.JPG|mini|Abb. 4: Der [[Fahrtwind]] „saugt“ aus diesem [[Dorade-Lüfter]] Luft]] |
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* Ein [[Staubsauger]] erzeugt Unterdruck, indem Luft herausbefördert wird. |
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* Abwassersystem in der [[Luftfahrt]], und [[Raumfahrt]], siehe [[Weltraumtoilette]]. |
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* [[Saugmotor]] |
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* [[Wasserstrahlpumpe]], bei der mittels einer [[Venturi-Düse]] ein Unterdruck erzeugt wird. |
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* [[Lenzen (Wasser)|Lenzen]] von Booten. |
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* Schiffe werden ohne Gebläse entlüftet, wenn der Fahrtwind rund um einen [[Dorade-Lüfter]] Unterdruck erzeugt, siehe Bild. Derselbe Effekt führt zu Atemnot, wenn man sich in einem Sturm bei geöffnetem Mund mit dem Rücken „in den Wind“ dreht (sodass der Wind von hinten kommt.) |
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== Einzelnachweise == |
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<references/> |
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[[Kategorie:Strömungsmechanik]] |
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Version vom 21. April 2022, 10:02 Uhr
Die Saugwirkung ist die Wirkung, die darin besteht, dass etwas angesaugt wird, [1] und Saugen ist nichts anderes, wie schwächer zu drücken, als die äußere Atmosphäre drückt.[2]:32
Denn in dem mit Quecksilber gefüllten, oben geschlossenen Rohr im Bild kann Quecksilber nur bis in eine Höhe von etwa 760 mm gesaugt werden, was dem Druck in der Erdatmosphäre entspricht, die im Bild bei B das Quecksilber ins Rohr hochdrückt. Darüber hinaus bildet sich ein deutlich abgesetzter Leerraum (A–C), der mit Quecksilberdampf gefüllt ist. Auf diesem Prinzip basiert das Quecksilberbarometer.
Die Saugwirkung beruht allgemeiner auf einem Druckgradient, genauer einem Druckgefälle in Richtung eines Unterdrucks, im Rohr am oberen Ende der Quecksilbersäule. Der Unterdruck
- kann mit Saugpumpen hergestellt werden, siehe #Saugwirkung in der Hydrostatik, oder
- beruht auf dem Kapillareffekt, siehe #Saugwirkung von Löschpapier, oder
- entsteht hinter umströmten Körpern, siehe Sog
Gelegentich wird auch die Adhäsionskraft als Saugwirkung bezeichnet. Im übertragenen Sinn steht Sogwirkung auch für Anziehungskraft/Attraktivität.[3]
Saugwirkung in der Hydrostatik
Der bezüglich der Umgebung geringere Gasdruck in einem Rohr vermag Flüssigkeiten anzuheben,[4]:49 siehe Bild. Das wird in Quecksilberbarometern technisch ausgenutzt. Die maximal erreichbare Saughöhe H wird durch den Dampfdruck der Flüssigkeit F nach oben begrenzt.
Die Hubhöhe bestimmt sich aus dem Pascalschen Gesetz für den hydrostatischen Druck:
- p = p0 + ρ·g·t
Demnach ist der Druck p die Summe aus dem Umgebungsdruck p0 an der freien Oberfläche (bei t=0) und dem Gewichtsdruck der Flüssigkeitssäule der Dichte ρ auf einem Punkt in der Tiefe t und im Schwerefeld mit Schwerebeschleunigung g. In gleicher Tiefe herrscht überall derselbe Druck, siehe Fluidstatik#Niveauflächen des Drucks. Auf die Situation im Bild angewendet bedeutet das:
- p2 = p0 + ρ·g·h
- p3 = p1 + ρ·g·(h+H) = p2 = p0 + ρ·g·h → p1 + ρ·g·H = p0
oder
Wegen des Dampfdrucks der Flüssigkeit F ist p1>0 und
Die Saugwirkung wird durch den Umgebungsdruck nach oben beschränkt.
Als Beispiel wird die maximale Steighöhe eines Quecksilberbarometers in der Normatmosphäre berechnet. Dort herrscht der Umgebungsdruck p0=101.325 Pa und die Schwerebeschleunigung g=9,80665 m/s2. Die Dichte und der Dampfdruck von Quecksilber sind ρ=13.545,9 kg/m3 bzw. pHg=0,163 Pa. Dort steigt Quecksilber maximal auf
Der Dampfdruck verringert die Steighöhe nur um ein tausendstel Millimeter (mm).
Im Mittelalter erklärte man das Ansteigen einer Flüssigkeitssäule beim Saugen mit dem Begriff horror vacui, der „Scheu vor dem Leeren“. Dabei blieb offen, ob der horror vacui beliebig stark war oder Grenzen hatte.[2]:32
Saugwirkung von Löschpapier
Löschpapier nutzt den Kapillareffekt aus. Es enthält feine Kapillare, in die benetzende Flüssigkeiten wie Tinte gesaugt werden.
Der Kapillareffekt beruht auf der Grenzflächenspannung zwischen Gas, Flüssigkeit und Festkörper, eine Spannung, die im Bild den Kontaktwinkel des Meniskus an der Oberfläche des Wassers (H2O) bestimmt. Die Oberflächenspannung erzeugt auf der gekrümmten Oberfläche des Meniskus einen Druck, der ein mechanisches Gleichgewicht mit der Gewichtskraft der Flüssigkeitssäule sucht.[4]:13
Anwendungen
Fluidstatik
- Saugnapf als Befestigungselement
- Festhalten & Transportieren von glatten flächigen Gegenständen mit einem Sauggreifer
- Aufspannen von Werkstücken auf einem Vakuumtisch
- Zur Beschleunigung von Filtrations- bzw. Entwässerungsprozessen, wobei es kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitende Prozesse gibt
- Nutzung von Unterdruck für den Bremskraftverstärker von PKW und leichten LKW sowie für deren Zentralverriegelung
Fluiddynamik (Sog)
- Ein Staubsauger erzeugt Unterdruck, indem Luft herausbefördert wird.
- Abwassersystem in der Luftfahrt, und Raumfahrt, siehe Weltraumtoilette.
- Saugmotor
- Wasserstrahlpumpe, bei der mittels einer Venturi-Düse ein Unterdruck erzeugt wird.
- Lenzen von Booten.
- Schiffe werden ohne Gebläse entlüftet, wenn der Fahrtwind rund um einen Dorade-Lüfter Unterdruck erzeugt, siehe Bild. Derselbe Effekt führt zu Atemnot, wenn man sich in einem Sturm bei geöffnetem Mund mit dem Rücken „in den Wind“ dreht (sodass der Wind von hinten kommt.)
Einzelnachweise
- ↑ Duden │ Saugwirkung. Duden online, abgerufen am 18. April 2022.
- ↑ a b H. Oertel (Hrsg.): Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Grundlagen und Phänomene. 13. Auflage. Springer Vieweg, 2012, ISBN 978-3-8348-1918-5.
- ↑ Duden │ Sogwirkung. Duden online, abgerufen am 18. April 2022.
- ↑ a b H. Sigloch: Technische Fluidmechanik. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-54291-6, doi:10.1007/978-3-642-54292-3 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 17. März 2020]).