Pascal (Einheit)

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Physikalische Einheit
Einheitenname Pascal

Einheitenzeichen
Physikalische Größe(n) Druck
Formelzeichen
Dimension
System Internationales Einheitensystem
In SI-Einheiten
In CGS-Einheiten
Benannt nach Blaise Pascal
Abgeleitet von Newton, Quadratmeter

Das Pascal ist eine abgeleitete SI-Einheit des Drucks sowie der mechanischen Spannung. Sie ist nach Blaise Pascal benannt und folgendermaßen definiert:

1 Pa = 1 kg·m−1·s−2 = 1 N·m−2

Ein Pascal ist also der Druck, den eine Kraft von einem Newton auf eine Fläche von einem Quadratmeter ausübt.

Der mittlere Luftdruck der Atmosphäre auf Meereshöhe (Standard- bzw. Normdruck) beträgt 101.325 Pascal = 1.013,25 hPa = 101,325 kPa oder 1,01325 bar.

Einfache Umrechnung: 1×105 Pa = 1 bar oder 1 MPa = 10 bar

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Einführung des SI-Systems war die Maßeinheit mit dem Namen Pascal jedoch nicht enthalten. Stattdessen war der Name für die SI-Einheit einfach „Newton pro Quadratmeter“. Neben dem langen Namen hatte die Definition den Nachteil, dass der Wert der Einheit im Vergleich zu Pound-force per square inch (psi) im Alltag als zu klein empfunden wurde.[1] In der Meteorologie war die Einheit Millibar üblich, und auch in der europäischen Industrie wurde zunehmend die Einheit Bar gebraucht. Um dezimale Vielfache wie 105 als Umrechnungsfaktoren im SI-System zu vermeiden, wurde bei der 14. Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Oktober 1971 der abgeleiteten Einheit N/m2 der Name Pascal gegeben.[1] Blaise Pascal (1623-1662) war ein französischer Philosoph und Wissenschaftler, der sich unter anderem mit dem Verhalten von Fluiden beschäftigt und Grundlagen wie das Konzept von Druck und Vakuum entwickelt hat.

Die Einheit wurde bereits 1969 in Deutschland als gesetzliche Einheit festgelegt.[2] In der Meteorologie wurde Pascal dann am 1. Januar 1984 eingeführt.[2]

Anwendungen und typische Größen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Folgenden werden einige Größenbeispiele für verschiedene Anwendungen angeführt. Für den Größenbereich werden SI-Präfixe angegeben.

Mikropascal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als Bezugswert für den Schalldruckpegel Lp = 0 dB (Dezibel) ist 20 µPa Schalldruck festgelegt und gilt als Hörschwelle. Die Lautheit von 1 sone wird bei 1000-Hz-Sinuston und +40 dB, also 2000 µPa definiert. 1 Pa Schalldruck entspricht +94 dB und ist damit so laut, dass bei Dauerbelastung Hörschäden auftreten können. Weil der Druck im Gas (Fluid) nicht negativ werden kann, ist symmetrisch auf- und abschwingender Schalldruck mit dem Umgebungs(luft)druck begrenzt, dem Standardatmosphärendruck von 1013,25 hPa entspricht dabei 194,09 dB. Ein einzelner Knallstoß kann jedoch stärker sein.

Dekapascal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Lüftungstechnik wird häufig die Einheit Dekapascal (1 daPa = 10 Pa) verwendet, wobei ein Dekapascal 0,1 mbar entspricht.

Hektopascal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Meteorologie wird der Luftdruck der Atmosphäre (auf Meereshöhe im Mittel 1 013,25 hPa) meist in Hektopascal (1 hPa = 100 Pa) angegeben, weil so zum einen die SI-konforme Einheit Pascal verwendet werden kann und man zum anderen einen Zahlwert hat, der dem früher üblichen Millibar (mbar) genau entspricht.

In der Forschung wird, insbesondere bei der Vakuumtechnik, vielfach das Millibar als Einheit verwendet.

Kilopascal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Einheit Kilopascal (1 kPa = 1000 Pa = 0,1 N/cm2) wird in der Kraftfahrzeugtechnik beispielsweise für die SI-konforme Angabe des Reifenfülldruckes benutzt. Ein Druck von 100 kPa entspricht dabei 1 bar. Auch bei Abwasserleitungen wird der Prüfdruck in Kilopascal angegeben.

Megapascal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Einheit Megapascal (1 MPa = 1 Million Pa = 1 N/mm2) wird in der Technik und in höheren Zahlen auch zur Beschreibung von Explosionen verwendet. Der Kaltfülldruck einer Halogenlampe mit den Edelgasen Neon und Krypton bei 22 °C kann z. B. 1,2 MPa (entspricht 12 bar) betragen.[3] Eine Hydraulikleitung kann für 400 bar = 40 MPa Betriebsdruck ausgelegt sein.

Megapascal werden auch z. B. zur Beschreibung des kritischen Punktes in der Thermodynamik verwendet.

Streckgrenze, Dehngrenze und Streckspannung im Maschinenbau werden ebenfalls üblicherweise in Megapascal angegeben. Auch in der Bautechnik wird die Festigkeit von Betonen in Megapascal angegeben.

Die spezifische Energie eines Sprengstoffes gibt den Druck in Megapascal an, den ein Kilogramm dieses Explosivstoffes in einem abgeschlossenen Volumen von einem Liter bei der Explosion erzeugen würde.

Gigapascal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Einheit Gigapascal (1 GPa = 1 Milliarde Pa) beschreibt die Größenordnung von Drücken, die z. B. Kohlenstoff in Diamant verwandeln:[4] Graphit, zusammengepresst in einer hydraulischen Presse bei bis zu 6 GPa und Temperaturen über 1500 °C, wandelt sich in Diamant um.

Analog zur Umwandlung von Graphit in Diamant wandelt sich Bornitrid von einer hexagonalen in die kubische Modifikation um bei hoher Temperatur (1400–1800 °C) und Druck über 6 GPa. Unter Normalbedingungen weist Bornitrid eine Festigkeit von etwa 48 GPa auf (Diamant zwischen 70 und 100 GPa).

In 410 km Tiefe beträgt der Druck 14 GPa; siehe 410-km-Diskontinuität. In Erdtiefen von etwa 700 km wandeln sich bei Temperaturen von vielen hundert Grad Celsius bzw. bei Drücken um 25 GPa viele Gesteine in andere Mineralien um.

Mit einem Druck von 268 GPa konnten Forscher Quarz in eine Kristallstruktur umwandeln, die nirgends natürlich vorkommt.[5]

Elastizitätsmodul und Schubmodul, Materialkonstanten, die Auskunft über die lineare elastische Verformung eines Bauteils infolge einer Normal- bzw. Scherkraft geben, werden ebenfalls in Gigapascal angegeben. Aluminium hat z. B. einen Schubmodul von 25,5 GPa, Stahl von 79,3 GPa. Der Schermodul von Gesteinen beträgt meistens 30 GPa, siehe Seismisches Moment.

Umrechnung von Druckeinheiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Neben dem Pascal gibt es noch weitere Einheiten für den Druck. Eine Tabelle findet sich im Artikel Druck.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b Norman A. Anderson: Instrumentation for Process Measurement and Control. 3. Auflage. CRC Press, 1997, ISBN 0-8493-9871-1, S. 37 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. a b Pascal. In: Wetterlexikon. Die Welt, abgerufen am 12. August 2016.
  3. Beispiel diese Patentschrift: DE2006000223 INCANDESCENT HALOGEN LAMP. Abgerufen am 20. Juni 2012.
  4. Jan Oliver Löfken: Fast so hart wie Diamant, aber amorph wie Glas. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 26. Oktober 2011, abgerufen am 20. Juni 2012.
  5. Überirdisches Silizium. wissenschaft.de, abgerufen am 20. Juni 2012.