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Ballonett

Ballonett

Ein Ballonett ist ein ballonartiger Luftsack im Inneren eines Prallluftschiffes, mit dessen Hilfe die Volumenänderung des Traggases ausgeglichen wird. Es sorgt dafür, dass im Inneren des Auftriebskörpers stets ein leichter Überdruck herrscht, um ihn dadurch prall zu halten. Dieser Überdruck beträgt nur wenige Millibar, üblicherweise etwa 5 mbar. Vorgeschlagen wurde diese Lösung erstmals 1784 von Jean-Baptiste Meusnier de la Place (1754-1793). Jean-Baptiste Meusnier de la Place Ballonetts werden innerhalb der Hülle mit Luft aufgeblasen, die vom Luftstrom des Antriebspropellers abgezweigt wird. Bei einigen Modellvarianten kommen aber auch gesonderte Gebläse zum Einsatz. Die Größe solcher Ballonetts beträgt im voll aufgeblasenen Zustand üblicherweise etwa 25 bis 40 Prozent des gesamten Hüllenvolumens. Das Traggas ändert sein Volumen durch Änderung der Außentemperatur beziehungsweise des Außendruckes (z. B. durch Änderung der Flughöhe oder durch Wettererscheinungen) gemäß der allgemeinen Gasgleichung: \frac=const. (p = Druck, V = Volumen, T = Temperatur) Bei den meisten Luftschiffen sind zwei Ballonetts vorhanden, die in der Nähe des Bugs und des Hecks innerhalb der Hülle angeordnet sind, um eine statische Trimmung des Luftschiffes um die Querachse ohne zusätzlichen Ballast zu ermöglichen. Der Pilot kann das Füllen und Leeren durch entsprechende Ventile kontrollieren und den Schwerpunkt des gesamten Luftschiffs durch unterschiedliche Füllgrade der Ballonetts verlagern. Steigt der Druck des Traggases innerhalb der Hülle über einen Grenzwert an, dann öffnen sich Ventile an den Ballonetts automatisch und lassen Luft in die Umgebung ab, um dem Gas Raum zur Ausdehnung zu geben. Die Höhe, in der die Ballonetts leer sind und das Traggas das gesamte Volumen der Hülle einnimt, wird als Prallhöhe bezeichnet. Steigt ein Luftschiff über seine Prallhöhe, so steigt der Druck im Inneren weiter an, da das Traggasvolumen nicht mehr vergrößert werden kann. Automatische Sicherheitsventile lassen dann Traggas ab, um das Platzen der Hülle in der Höhe zu verhindern. Eines der Ballonets verfügt meistens über eine Reißleine, die es erlaubt, das Ballonett innerhalb der Hülle zu öffnen. Dies kommt zur Anwendung wenn die Hülle selbst ein Leck hat und Traggas entweicht. Dann kann nach dem Öffnen des Ballonetts Luft direkt in die Hülle geblasen und der innere Überdruck und damit die Form und Steuerbarkeit des Schiffes erhalten werden, bis es gelandet ist. Auch der Zeppelin NT als halbstarres Luftschiff verfügt über zwei Ballonetts.

Siehe auch


-
- Auftrieb
- Trimmung Kategorie:Luftschiff

Ballon

Ein Ballon // (süddt., österr. und schweiz. //) ist ein gasdichter Beutel, der meistens mit Luft (Heißluftballon, Luftballon) oder einem leichten Traggas wie Helium oder Wasserstoff gefüllt wird (Gasballon). Er kann in gefülltem Zustand verschlossen sein und dabei auch unter Druck stehen oder mit der Öffnung nach unten offen sein, so dass das leichte Gas nicht entweichen kann. Bis in das 20. Jahrhundert wurden Ballone und Luftschiffe auch als Aerostaten bezeichnet.

Funktionsweise

Aerostat Ist der Ballon mit erhitzter Luft oder leichtem Gas gefüllt, so dass sein Gesamtgewicht (bestehend aus Nutzlast, Hülle, Füllung) geringer ist als das Gewicht der Luft, die er verdrängt, verfügt er über statischen Auftrieb. Auch Ballons, die mit Luft oder mit einem Gas, das schwerer als Luft gefüllt sind, können kurzzeitig fliegen und zwar entweder indem man das Ballongas aus ihnen entweichen lässt, wobei der Ballon in Folge des auftretenden Rückstoßes vom Boden abhebt, oder in Form des Ballonhelikopters. Weil aber auf diese Weise nur kurze Flugzeiten (maximale Dauer eine Minute) und geringe Flughöhen möglich sind, spielen diese Möglichkeiten des Ballonflugs nur bei Spielzeugen und zur Demonstration des Hubschrauberprinzips bzw. des Rückstoßantriebs eine Rolle.

Ballongas

Ballongas ist ein Gas, das aus einem Helium-/Luftgemisch besteht. Der einzige Unterschied zwischen Ballongas und Helium ist die Reinheit. Für Ballons, die nicht fliegen sollen, wird meist Luft, Stickstoff oder seltener Lachgas verwendet; für Ballons, die fliegen sollen hingegen ein Traggas wie Helium oder Ballongas. Aus Gründen des Brandschutzes werden heute nur Helium oder Gemische aus Helium und Luft verwandt. Früher waren aber Ballone mit Wasserstofffüllung üblich, und alle deutsche Zeppeline vor dem 2. Weltkrieg fuhren mit Wasserstoff. Siehe auch: Traggas

Geschichte

Traggas Ein Pionier der Ballontechnologie war der französische Physiker Jacques Charles, der mit verschiedenen Füllgasen experimentierte und am 3. Dezember 1783 in Paris eine erste Ballonfahrt unternahm. Bereits am 4. Juni desselben Jahres war den Flugpionieren Joseph Michel und Jacques Etienne Montgolfier der Flug im ersten Heissluftballon der Welt, der Montgolfière, geglückt. Am 5. September 1862 stiegen der Meteorologe James Glaisher und sein Pilot Henry Coxwell in einem Ballon mit offener Kabine bis auf 11.300 m auf. Glaisher verlor wegen der dünnen Luft das Bewusstsein und Coxwell konnte nur mit letzter Kraft mit den Zähnen das Steuerventil öffnen, um den Ballon zum Absinken zu bringen. Erstmals mit luftdicht verschlossener Kabine stieg der Physiker Auguste Piccard 1932 bis auf 16.201 m (Luftdruckmessung) bzw. 16.940 m (geometrische Messung) Höhe. Den Rekord halten Malcolm D. Ross und Victor E. Prather, die 1961 über dem Golf von Mexiko auf 34.668 m Höhe stiegen. Den Höhen-Weltrekord für unbemannte Ballone hält nach der Ausgabe des Guinness-Buchs von 1991 mit 51,8 Kilometern ein Winzen-Ballon mit einem Volumen von 1,35 Millionen Kubikmetern Volumen, der im Oktober 1972 in Chico, Kalifornien, USA, gestartet wurde. Dies ist die größte Höhe, die ein Flugkörper erreicht hat, der zum Fliegen primär auf das Medium Luft angewiesen ist. Nur Raketen, Raketenflugzeuge und Geschosse können größere Höhen erreichen. Die sowjetische Venussonde Vega setzte 1984 in der Atmosphäre der Venus zwei Wetterballons aus, die über zwei Tage hinweg vom Mutterschiff verfolgt werden konnten.

Arten und Verwendung

Freiballons sind im Gegensatz zu Fesselballons nicht mit dem Erdboden verbunden. Sie werden vom Wind durch die Luft getrieben. Fesselballon

kleine Ballons (Inhalt einige Liter)


- Luftballon
    - Spielzeug, zum Beispiel Ballonhelikopter oder Wasserbombe
    - Dekoration
    - Ballonpost im Rahmen von Ballonwettbewerben und als Träger von Propagandamaterial
    - Fetischobjekt für sogenannte Looner
- Solarballon
- Gärballon (großes Gefäß aus Glas, auch Weinballon genannt) (Hier trifft obige Definition mit statischem Auftrieb nicht exakt zu.)
  - Demonstration des Rückstoßantriebs durch Ausströmenlassen des Gases (Ballonrakete) Ballonrakete

mittlere Ballons (Inhalt einige hundert bis 4000 Liter)


- Transport und Abwurf von Brandbomben (im Zweiten Weltkrieg, siehe auch: FUGU-Ballon)
- Transport und Abwurf von Flugblättern (im Zweiten Weltkrieg und im Kalten Krieg)
- Transport von Messgeräten, beispielsweise Wettersonden (siehe: Wetterballon)
- als Fesselballon (zum Beispiel Werbeträger)
- zum Hochschleppen von Drahtantennen für mobile Lang- und Längstwellensender
- Partyballon (kleiner Heißluftballon)
- als Deckenballon zur Messung der Wolkenhöhe
- als FlyingScreen Ballon [http://www.flyingtv.de FlyingScreen]zur Darstellung von Filmen und Bewegt Bildern an schwer zugänglichen Orten und zu Werbezwecken. Deckenballon

große Ballons (Inhalt 2200 bis 12000 Kubikmeter)


- als Fesselballon
  - manntragender Beobachtungsballon (bis zum Zweiten Weltkrieg)
  - Sperrballon zur Abwehr von feindlichen Flugzeugen (Zweiter Weltkrieg)
  - zum Positionieren von Atombomben für die Durchführung oberirdischer Atombombentests
- Personenbeförderung
  - Heißluftballon
  - Gasballon (beispielsweise Wasserstoffballon)
  - lenkbare Ballons - siehe Luftschiff
- Forschungsballon zur (meistens Heliumfüllung) Atmosphären- und Stratosphärenforschung (z.B. die Manhigh-Flüge der USA), im Unterschied zum Wetterballon mit aufwändiger Instrumentierung. Auch als Träger von ferngesteuerten Teleskopen, Project Stratoscope
- Spionageballon Im Kalten Krieg wurden Höhenballons von den USA als Kameraträger zur militärischen Aufklärung verwendet.
- als Rockoon zum Start von Raketen
- als Träger von Atombomben für Atombombentests in der höheren Atmosphäre Rakete Eine weitere Anwendung ist der - wie jeder Satellit mit einer Rakete in den Orbit geschossene - Ballonsatellit, der nur zum Erreichen eines großen Volumens mit winzigen Mengen Gases gefüllt ist.

Literatur


- Eine beachtenswerte Abhandlung zur Geschichte der Ballonfahrt findet sich in dem Buch von Andreas Venzke: Pioniere des Himmels; Verlag Artemis und Winkler 2002 ISBN 3-53807-143-8

Weblinks


- [http://lcweb2.loc.gov/pp/tiscquery.html Library of Congress] Alte Bilder zum Thema Ballon Kategorie:Ballon ja:風船

Prallluftschiff

Prallluftschiffe, auch Blimps genannt, sind Luftschiffe ohne inneres Gerüst (wie ein Ballon). Ihre aerodynamische Form erhalten sie durch die Form der Hülle. Umgangssprachlich wird auf Prallluftschiffe irrtümlich häufig auch der Begriff Zeppelin angewendet, der aber nur die von Zeppelin hergestellten Luftschiffe oder (abweichend) Starrluftschiffe mit einem Innenskelett bezeichnet.

Die Bezeichnung "Blimp"

Die etymologische Herkunft des Ausdruckes Blimp liegt im Dunkeln. Es sind verschiedene Theorien bekannt, die zum Teil vielleicht eher der Volksetymologie zuzurechnen sind:
- Gewöhnlich wird die Bezeichnung dem britischen Offizier Lt. Alexander Duncan Cunningham (siehe Weblink) zugeschrieben und soll lautmalerisch das Geräusch beschreiben, das entsteht, wenn man die pralle Hülle mit den Fingern antippt. Diese Version wird auch vom traditionsreichen Luftschiffhersteller Goodyear angegeben.
- Der englische Pilot Horace Shortt soll es von dem englischen Adjektiv limp (schlaff, biegsam) abgeleitet haben. limp bag bedeutet sinngemäß schlaffer Sack, verballhornt ergibt sich daraus bag limp.
- Ein britisches Luftschiff-Handbuch soll definiert haben: ::There are two types of airships: a) rigid, b) limp ::[Es gibt zwei Typen von Luftschiffen: a) starr, b) schlaff]
:Der Begriff Blimp entstand demnach durch scherzhafte Zusammenziehung von "b) limp" zu "blimp". Eine analoge, oft gehörte Erklärung, die behauptet, das amerikanische Militär habe seine Luftschiffe in "type A-rigid" und "type B-limp" eingeteilt, kann dagegen durch die der Einteilung in A- und B-Typen vorausgehende Verwendung des Begriffs Blimp in einer englischen Publikation im Jahr 1916 als widerlegt betrachtet werden.
- Die fiktive Figur des stockkonservativen Colonel Blimp hat der für die satirische Zeitschrift Punch arbeitetende Karikaturist Sir David Alexander Low (1891 - 1963) erfunden. Colonel Blimps wohlgeformte äußere Erscheinung ähnelte sehr der eines Luftschiffes.

Technik

1963 Bei Prallluftschiffen werden Volumenänderungen durch Luftdruckschwankungen bzw. Temperaturänderungen des Traggases durch Ballonetts ausgeglichen. Sie sorgen dafür, dass in der Hülle immer ein kleiner Überdruck zum Luftdruck herrscht und der Auftriebskörper so prall bleibt. Dies ist notwendig, da bei Erschlaffen der Hüllen die Steuerbarkeit verloren geht oder zumindest stark eingeschränkt wird. Auch die hinteren Leitwerksflossen sind nur auf der Hülle befestigt und haben keine starre Verbindung zur Gondel. Zum Aufblasen des Ballonets wird meist ein Teil des vom Antriebspropeller erzeugten Luftstroms genutzt. Die Motoren sind meist direkt an oder in der Gondel untergebracht. Einige, jedoch bei weitem nicht alle Modelle können die Propeller zum leichteren Manövrieren schwenken. Prallluftschiffe sind die am häufigsten gebauten Luftschiffe, da sie relativ einfach herzustellen sind und nach Ablassen des Traggases leicht transportiert werden können. Ihnen sind jedoch durch die unstabile Hülle Grenzen in der Größe gesetzt. Zu lange Auftriebskörper drohen bei nicht ausreichendem Innendruck in der Mitte einzuknicken. Man entwickelte daher Kielluftschiffe bzw. Starrluftschiffe. Trotzdem fanden sich für die kleineren und günstigeren Prallluftschiffe vielfältige Aufgaben in der Luftfahrt und beim Militär. Moderne Prallluftschiffe starten im Gegensatz zu den historischen Exemplaren in der Regel mit etwas „Übergewicht“. Die fehlende Auftriebskraft wird dabei durch etwas Anlauf und heben der Bugspitze beim Start mit Motorenkraft erzeugt. Einige Typen können auch die Triebwerke schwenken um Schub in Vertikalrichtung zu erzeugen (z.B. Skyship 600). Das leichte Übergewicht macht zum einen den Abwurf von Ballast beim Start überflüssig, zum anderen muss für die Landung kein teures Traggas aus der Hülle entlassen werden. Die Schiffe können jedoch bei längeren Fahrten, wenn sie sehr viel Treibstoff verbraucht haben, auch Leichter als Luft werden. Eine Sonderform der Prallluftschiffe sind Heißluft-Luftschiffe. Sie erhalten ihren Auftrieb ebenso wie Heißluftballone durch den Dichteunterschied von heißer und kalter Luft. In ihrer Bauform und ihren Einsatzmöglichkeiten sind sie kleiner und beschränkter als Gas-Luftschiffe, jedoch sehr viel wirtschaftlicher zu betreiben.

Geschichte

(siehe auch Artikel: Luftschiff) Das erste Prallluftschiff wurde 1852 von Henri Giffard gebaut und von einer Dampfmaschine angetrieben. Als Urahn moderner Prallluftschiffe gilt die „Pilgrim“, sie wurde 1925 von Goodyear gebaut und wies bereits die meisten noch heute üblichen Konstruktionsmerkmale auf. ZMC-2 war ein 1929 gebautes Ganzmetall-Luftschiff. Die Hülle bestand aus vernietetem 0,24 mm dickem Duraluminiumblech. Es wurde als Prallluftschiff klassifiziert, da zum Erhalt der äußeren Form ein Überdruck im Inneren des Auftriebsköpers notwendig war. Es blieb jedoch trotz des innovativen und vielversprechenden Konzepts bei nur einem Prototyp. Die amerikanischen ZPG-3W Luftschiffe waren bis heute (Stand 2005) die größten Prallluftschiffe der Welt. Es wurden vier Schiffe des Typs gebaut. Sie wurden von der US-Marine zur Luftraumüberwachung eingesetzt und besaßen eine große Radar-Anlage innerhalb der Hülle. Ihr Volumen betrug fast 43.000 Kubikmeter, bei einer Länge von etwa 123 m. Sie versahen ihren Dienst von 1958 bis zum Ende des US-Marine-Luftschiffprogramms 1962.

Prallluftschiffe (Auswahl)


- einige Luftschiffe von August von Parseval, siehe unter: Parseval Luftschiff Ende des 19. Anfang des 20. Jh.
- Coastal Class-Luftschiff: englischer Typ z.Z. des Ersten Weltkrieges
- Luftschiffe im Dienst der US-Marine zur Luftraumüberwachung und U-Boot-Abwehr
- Skyship: auch bekannt aus dem „James Bond“-Film Im Angesicht des Todes von 1985
- WDL-Luftschiffgesellschaft: Werbeluftschiffe und Rundfahrten vom Flughafen Essen-Mülheim
- Goodyear: die wohl berühmtesten Werbeblimps
- The Lightship Group: hauptsächlich Werbeluftschiffe der American Blimp Cooperation
- Voliris: fränzösischer Luftschiffanbieter (gegründet 1999)
- White Dwarf: muskelkraftbetriebenes Luftschiff
- Aeros: US-amerikanischer Hersteller kleinerer Prallluftschiffe
- MA-1 Ardath: Australien, Ende der 1970er
- Heißluft-Luftschiffe z.B. der deutschen GEFA-FLUG
- AT-10: der englischen Advanced Technologies Group
- Aerosphere: Das kugelrunde Schiff stellte am 12. Juni 2003 eine FAI-Höhenweltrekord auf.
- Hua Jiao: chinesische Luftschiffe (Zulassung Ende 2004)

Siehe auch


-
- Sentinel 1000 ein weiteres Prallluftschiff

Weblinks


- [http://www.wdl-luftschiff.de/ WDL Luftschiffgesellschaft mbH] -- deutscher Hersteller und Betreiber von Prallluftschiffen
- [http://www.goodyearblimp.com/ Die Goodyear-Blimps] (englisch)
- [http://www.airshipman.com/ Airship Management Services] (englisch) -- betreibt Luftschiffe vom Typ Skyship 600, unter anderem die Fujifilm-Blimps
- [http://www.rafweb.org/Biographies/Cunningham.htm Lebenslauf von Alexander Duncan Cunningham]
- [http://www.globalsecurity.org/wmd/systems/zpg-3.htm Informationen zum ZPG-3W-Luftschiff auf englisch]
- [http://www.aerosml.com/main.htm Startseite von Aeros/USA (engl)] Kategorie:Luftschiff

Bar (Einheit)

Das Bar ist in der Physik und Technik eine zulässige (SI-konforme) Einheit für den Druck. Der Name stammt von dem griechischen Wort . báros »schwer« ab. Am 1. Januar 1978 löste das Bar in Deutschland und Österreich die Maßeinheit atü (Atmosphäre Überdruck) ab. Die eigentliche SI-Einheit für den Druck ist das Pascal (sehr kleine Einheit); das Bar darf aber ebenso wie Liter, Minute oder Elektronenvolt mit dem SI verwendet werden.
- 1 bar = 105 N/m² = 105 Pa,
- 1 mbar = 1 hPa,
- 1013,25 mbar = 1 atm (Normaldruck). Unterscheide in der unten stehende Tabelle die technische Atmosphäre at von der Standard-Atmosphäre atm.

Umrechnungstabelle

Siehe auch


- Thermodynamik
- Physikalische Größen und ihre Einheiten
- Torr
- Luftdruck Kategorie:Tauchen Kategorie:Maßeinheit ja:バール (単位)

Jean-Baptiste Meusnier de la Place

Jean Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place (
- 19. Juni 1754 Tours - † 13. Juni 1793 Mainz) war ein französischer Mathematiker und General. Meusnier de la Place studierte Mathematik und schloss mit sehr guten Ergebnissen ab. 1776 ging er zur Armee und durchlief eine steile Karriere. Am 5. Mai 1793 wurde Meusnier de la Place zum General de Division des 14e Regiment d'Infanterie de Ligne befördert. Meusnier arbeitete darüber hinaus mit Antoine Lavoisier an der Elektrolyse und stellte dabei bereits Wasserstoff her, ohne das er das Element benennen konnte. Er wurde am 3. Januar 1784 in die Französische Akademie der Wissenschaften aufgenommen. Bekannt wurde Meusnier de la Place als er 1784 vorschlug, Prallluftschiffen durch sogenannte Ballonetts eine durch inneren Überdruck bestimmte Form zu geben, eine Technik die noch heute angewandt wird und durch das Meusniersche Theorem über die Biegung von Oberflächen. Meusnier de la Place, Jean Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place, Jean Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place, Jean Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place, Jean Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place, Jean Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place, Jean Baptiste Marie Charles

Volumen

Das Volumen (Formelzeichen: V) ist der räumliche Inhalt eines Körpers. Die SI-Einheit für das Raummaß ist das Kubikmeter (Einheitenzeichen m3). Vereinzelt liest man noch die veralteten Abkürzungen cbm für m³ und ccm für cm³. Die Schreibweise m^3 sollte nur noch dann benutzt werden, wenn das Anzeigesystem keine hochgestellten Exponenten anzuzeigen vermag.

Geschichte

Die ersten bekannten Formeln zur Volumenbestimmung (auch Stereometrie) stammen schon aus dem frühen Ägypten. Das Moskauer Papyrus ist eine Sammlung von Rechenaufgaben und ist etwa auf das Jahr 1850 v. Chr. datiert. Unter anderem sind hier die Formeln für die Bestimmung der Volumina für Rechteckkegel beschrieben. Die Bestimmung wurde durch Analyse und anschließender Synthese erreicht. Das heißt, der Körper wurde in mehrere bekannte Körper zerlegt und die Einzelvolumina addiert.

Messmethoden

Im Laufe der Zeit haben sich ganz unterschiedliche Methoden zur Bestimmung von Volumina entwickelt:
- Auslitern: Der Körper wird mit Sand oder Wasser gefüllt, dessen Menge anschließend in einem bekannten Gefäß bestimmt wird; somit lässt sich bei Gefäßen das Volumen ihres Innenraumes bestimmen.
- Wasserverdrängung: Der Körper wird in ein vollständig mit Wasser gefülltes Gefäß eingetaucht. Das übertretende Wasser wird anschließend in einem bekannten Gefäß gemessen.

Algebraische Berechnung

In der Theorie kann aus bekannten Ausmaßen und Form des Körpers ebenfalls das Volumen durch Rechnung nach für den entsprechenden Körper gültigen Formeln bestimmt werden: Beispiele:
- Quader mit den Kanten a,b und c:
V = a\cdot b\cdot c
- Würfel mit der Kantenlänge a:
V = a\cdot a\cdot a = a^3
- Kugel mit dem Radius r:
V = \pi \cdot r^3
- Rotationskörper der Funktion f(x) bei Rotation um die x-Achse:
V = \pi \cdot \int_ ^b (f(x))^2\mathrmx
- Körper, bei Schnitten orthogonal zur x-Achse Hat ein Körper die stetige Querschnittsfunktion x-> f(x) mit x im Intervall(a;b) dann hat er das Volumen:
V = \int_ ^b f(x)\mathrmx
- Zylinder mit der Grundfläche A und der Höhe  h:
V = A\cdot h
- Kegel mit der Grundfläche A und der Höhe  h:
V = A\cdot \frac

Sonstiges

Auch außerhalb der Mathematik findet sich der Begriff Volumen, z.B. im
- Haarvolumen (Fülle des Haars)
- Teil (eigentlich: "Band") eines mehrbändigen Werkes im (Buchwesen), abgeleitet vom englischen "volume"
- Menge von Daten in Bezug auf Transferkapazität oder Speicherplatz (Informatik)
- Zu den Grenzen des Volumenbegriffs der Mathematik bei Verwendung in der tatsächlichen Welt siehe Banach-Tarski-Paradoxon und Maßtheorie Kategorie:Raumgeometrie Kategorie:Analysis Kategorie:Physikalische Größe ja:体積 simple:Volume

Temperatur

Die Temperatur ist eine physikalische Zustandsgröße, die vom Menschen als Wärme beziehungsweise Kälte empfunden wird. Hohe Temperaturen bezeichnet man als heiß, niedrige als kalt. Tatsächlich jedoch beschreibt die Temperatur die mittlere kinetische Energie pro Teilchen, sie ist eine makroskopische und damit phänomenologische Größe und verliert bei Betrachtungen auf Teilchenebene ihren Sinn.

Wärmeleitung und Temperaturempfinden

Stehen zwei Körper unterschiedlicher Temperatur in Wärmekontakt, so wird nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik solange Energie vom wärmeren zum kälteren Körper übertragen, bis beide im thermischen Gleichgewicht stehen und die gleiche Temperatur angenommen haben. Es gibt dabei drei Möglichkeiten der Wärmeübertragung: # Wärmeleitung # Konvektion # Wärmestrahlung Der Mensch kann Temperaturen nur im Bereich um 30 °C fühlen. Genau genommen nimmt man nicht Temperaturen wahr, sondern die Größe des Wärmestroms durch die Hautoberfläche, weshalb man auch von einer gefühlten Temperatur spricht. Dies hat für das Temperaturempfinden einige Konsequenzen:
- Temperaturen oberhalb der Oberflächentemperatur der Haut fühlen sich warm an, solche unterhalb empfinden wir als kalt
- Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Metalle, führen zu höheren Wärmeströmen und fühlen sich deshalb wärmer beziehungsweise kälter an, als Materialien mit niedrigerer Wärmeleitfähigkeit, wie Holz oder Polystyrol
- Bei gleich kalter Außentemperatur ist die gefühlte Temperatur bei Wind durch den Windchill niedriger als bei Windstille
- Der Mensch kann Lufttemperatur von überlagerter Wärmestrahlung nicht unterscheiden, was auch ganz allgemein gilt und unter anderem dazu führt das Lufttemperaturen immer im Schatten gemessen werden
- Gleiche Temperatur wird von den beiden Händen als unterschiedlich wahrgenommen, wenn diese selbst unterschiedliche Oberflächentemperatur aufweisen Genaugenommen gilt dies nicht nur für das menschliche Empfinden, auch in vielen technischen Anwendungen ist nicht die Temperatur von Bedeutung, sondern der Wärmestrom. So hat die Atmosphäre der Erde oberhalb 1000 km Temperaturen von mehr als 1000 °C, dennoch verglühen deshalb keine Satelliten. Auf Grund der geringen Teilchendichte ist der Energieübertrag minimal.

Temperatur, thermische Energie und der Nullte Hauptsatz der Thermodynamik

Die formalen Eigenschaften der Temperatur werden in der Thermodynamik behandelt und dort über die Entropie S und die innere Energie U definiert. Man bezeichnet die Temperatur hier als eine systemeigene, intensive Zustandsgröße. Im eindimensionalen Fall in x-Richtung kann man die Temperatur über folgende Gleichung definieren: :\frac = \frac Bei einer sehr großen Ansammlung von Teilchen und dem Vorliegen eines idealen Gases, kann man die Maxwell-Boltzmann-Verteilung anwenden und in der Folge die Temperatur wie folgt definieren: : T := \frac Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
- M - Molmasse
- R - universelle Gaskonstante
- \sqrt - quadratisch gemittelte Teilchengeschwindigkeit (hier zum Quadrat) Die Temperatur ist damit ein Maß für den durchschnittlichen ungerichteten, also zufälligen, Bewegungsenergieanteil (kinetische Energie) einer Ansammlung von Teilchen. Die Teilchen sind hierbei die Luftmoleküle bzw. die Moleküle oder Atome eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers. In der statistischen Mechanik steht die Temperatur mit der Energie pro Freiheitsgrad in Zusammenhang. Im idealen Gas aus einatomigen Molekülen sind das drei Translationsfreiheitsgrade pro Molekül und bei mehratomigen Gasen können weitere Rotationsfreiheitsgrade hinzu kommen. Bei Gasen kann man diesen Zusammenhang zwischen Temperatur und Teilchengeschwindigkeit nach obiger Beziehung sogar quantitativ angeben. Eine Verdopplung der Temperatur auf der Kelvin-Skala führt bei idealen Gasen zu einer Erhöhung der quadratisch gemittelte Teilchengeschwindigkeit um den Faktor 2½ = 1,414. Zwei unterschiedliche Gase haben dann die gleiche Temperatur, wenn das Produkt aus der Molmasse des jeweiligen Gases und dem Quadrat der quadratisch gemittelten Teilchengeschwindigkeit gleich groß ist. Im thermischen Gleichgewicht nimmt jeder Freiheitsgrad der Materie (Bewegung, potenzielle Energie, Schwingungen, elektronische Anregungen etc.) eine der Temperatur entsprechende Menge an Energie auf. Wieviel genau muss aus der kanonischen Verteilung (Boltzmannkonstante) berechnet werden und ist durch das Verhältnis von Energie zu Temperatur mal Boltzmannkonstante kB bestimmt. Bei der kontinuierlichen (klassischen) kinetischen Energie ist dies genau kBT/2. Die Boltzmannkonstante ergibt einen Zusammenhang zwischen Energie und Temperatur, welcher 11.606,7 Kelvin pro Elektronenvolt beträgt. Bei Raumtemperatur (300 Kelvin) ergibt dies 0,0258472 eV. Die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen ist abhängig von der Molekülmasse bzw. Molmasse. Dabei sind die schweren Teilchen jedoch auch langsamer. Bei idealen Gasen gleichen sich Massenerhöhung und Geschwindigkeitsernierdrigung gegenseitig aus, was zum Gesetz von Avogadro führt. Die thermische Energie ist jedoch wie die Temperatur selbst nur ein Mittelwert innerhalb eines Vielteilchensystems und ihr Zusammenhang mit der Teilchengeschwindigkeit lässt sich ebenfalls aus der Maxwell-Boltzmann-Verteilung ableiten: : \overline = \frac m \overline Das thermische Gleichgewicht hat eine wichtige Eigenschaft, welche in der Thermodynamik zur Formulierung des Nullten Hauptsatzes führt. Wenn ein System A sich mit einem System B sowie B sich mit einem System C im thermischen Gleichgewicht befinden, so befindet sich auch A mit C im thermischen Gleichgewicht. Das thermische Gleichgewicht ist damit transitiv, was es möglich macht die empirische Temperatur θ einzuführen. Diese ist so definiert, dass zwei Systeme genau dann die gleiche empirische Temperatur haben, wenn sie sich im thermischen Gleichgewicht befinden.

Messung der Temperatur

Messung durch Kontakt

Die Temperaturmessung erfolgt mit Hilfe von Thermometern oder anderen wärmesensitiven Messgeräten. Bei Messungen mit massebehafteten Sensoren ist der Wärmeleitung besonders Rechnung zu tragen: Man muss genügend lange warten, bis diese Temperatur-Angleichung im Rahmen der gewünschten Messgenauigkeit eingetreten ist. Andererseits können dabei andere Einflüsse wirksam werden (z.B. Wärmestrahlung, eigener Atem). Die Messgenauigkeit wird bei den feinsten Methoden durch die Brownsche Molekularbewegung begrenzt, bei der Lufttemperatur aber meist durch lokale Turbulenzen. Die Temperaturerfassung durch Kontakt ist in vier Teilbereiche aufzuteilen: #die mechanische Erfassung mittels #
- Gas- oder Flüssigkeitsthermometer (z.B. traditionelle Quecksilber- oder Alkoholthermometer) #
- Bimetallthermometer #
- Temperaturmessfarben (auch thermochromatische Farben; Farbumschlag bei einer bestimmten Temperatur) #
- Seeger-Kegel (Formkörper, die ihre Festigkeit und dadurch ihre Kontur bei einer bestimmten Temperatur ändern) #die resistiven Temperaturaufnehmer (Widerstandsthermometer) #die Thermoelemente #die indirekte, erfahrungsgestützte Messung über tabellierte Stoffdaten (zum Beispiel umgekehrte Schmelzpunktbestimmung) Schmelzpunktbestimmung

Messung durch elektromagnetische Strahlung

Die Temperatur kann indirekt durch die Wärmestrahlung mit einem Pyrometer gemessen werden. Durch diese ist auch eine Thermografie möglich, also eine Farbanzeige oder Hell-Dunkel Darstellung der Temperatur von Flächen und Räumen wie im Bild zur Linken, welches einem Kaffeeautomaten zeigt. Gut erkennbar ist hierbei auch die thermische Spiegelung. Eine andere Art der Temperaturmessung durch elektromagnetische Strahlung auch anderer Wellenlängenbereiche bieten die Bolometer. Siehe hierzu auch Messgeräte, Messtechnik, Messung und Kategorie Temperaturmessung

Temperaturskalen und ihre Einheiten

SI-Einheit

Die SI-Einheit der thermodynamischen Temperatur (Formelzeichen: T) ist Kelvin (Einheitenzeichen: K). Ein Kelvin ist der 273,16te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser, bei dem dessen feste, flüssige und gasförmige Phase koexistieren. Der Nullpunkt der Kelvinskala liegt beim absoluten Nullpunkt. Es ist üblich und nützlich Temperaturdifferenzen immer in Kelvin anzugeben.

Nicht-SI-Einheiten

Die empirische Temperatur (Formelzeichen: \vartheta; gelegentlich auch t), auch als Celsiustemperatur bezeichnet, da in Grad Celsius (Einheitenzeichen: °C) angegeben, ergibt sich damit aus der thermodynamischen Temperatur durch : \vartheta/^\circ\mathrm = T/\mathrm-273,\!15 . Temperaturdifferenzen können vom Prinzip her auch in Grad Celsius angegeben werden, das den gleichen Skalenabstand aufweist wie die Kelvin-Skala, dessen Nullpunkt sich aber auf den Gefrierpunkt von Wasser beim Normaldruck (mittlerer Luftdruck auf Meereshöhe) bezieht. Der so festgelegte Gefrierpunkt liegt gerade 0,01 K unterhalb der Temperatur des Tripelpunktes von Wasser. In den USA ist die Fahrenheit-Skala mit der Einheit Grad Fahrenheit (Einheitenzeichen: °F) immer noch sehr gebräuchlich. Die absolute Temperatur auf Fahrenheit-Basis wird mit Grad Rankine (Einheitenzeichen: °Ra) bezeichnet. Die Rankine-Skala hat den Nullpunkt wie die Kelvin-Skala beim absoluten Temperaturnullpunkt, im Gegensatz zu dieser jedoch die Skalenabstände der Fahrenheit-Skala.

Temperaturskalen

Eine Temperaturskala ist eine Methode der Angabe einer Temperatur in einer Skala und damit der Bestimmung der jeweiligen Messtemperatur in Bezug zu einem Vergleichswert. Zu ihrer Erstellung werden immer mindestens zwei Fixpunkte benötigt. Diese legt man bei bestimmten temperaturabhängigen Eigenschaftsänderungen von Stoffen oder auch anderen Messergebnissen fest. Die häufigsten Fixpunkte sind hierbei der absolute Temperaturnullpunkt, sowie der Schmelzpunkt und Siedepunkt von Wasser. Ausgehend von diesen Fixpunkten wählt man einen Gradabstand für die Größe des Intervalls zwischen zwei Graden und kann auf diese Weise eine Maßeinheit für die Temperatur definieren. Es ist dabei jedoch wichtig, dass der Temperaturbereich zwischen den gewählten Fixpunkten einen konstanten Anstieg aufweist, da man ansonsten unterschiedlich große Gradabstände erhält, je nachdem ob die betrachtete Temperatur näher oder ferner von einem der Fixpunkte liegt. Die bekanntesten Temperaturskalen mit ihren verschiedenen Charakteristika sind in den folgenden Tabellen dargestellt. Die heute gültige Temperaturskala ist die "International Temperature Scale of 1990" (ITS-90). :¹ Einige Werte dieser Tabelle sind gerundet :² Übliche Körpertemperatur ist 36.8 °C ± 0.7 °C, oder 98.2 °F ± 1.3 °F Ein Programm zur automatischen Temperaturumrechnung ist in den Weblinks zu finden.

Ausgewählte Temperaturen

Spezifische Stoffwerte können den entsprechenden Artikel wie beispielsweise Siedepunkt und Schmelzpunkt entnommen werden. Ein Vergleich der Größenordnung von Temperaturen der Kelvin-Skala ist gesondert dargetellt.

Siehe auch


- Kategorie Schwellenwerte der Temperatur
- Absolute Temperatur
- Kritische Temperatur
- Curie-Temperatur
- Debye-Temperatur
- Boyle-Temperatur
- Dopplertemperatur
- Oberflächentemperatur
- Rekristallisationstemperatur
- Potenzielle Temperatur
- Virtuelle Temperatur
- Temperaturresistenz
- Tagesmitteltemperatur
- Wärmekapazität

Weblinks


- [http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/general/units.html#temp Temperatur-Umrechnung]
- [http://www.temp-web.de/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=26 Informationen rund um die Temperatur]
- [http://www.its-90.com/ Website der ITS-90 (engl.)]
- [http://www.marco-burmeister.de/index_frameaufbau.html?helferlein_temperatur_grad Umrechnungen zw. den Temperaturskalen Celsius, Fahrenheit, Kelvin, Rankine, Réaumur (Online)] Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Thermodynamik Kategorie:Temperaturmessung ja:温度 ko:온도 th:อุณหภูมิ

Luftdruck

nach Barometrischer Höhenformel]] Der Luftdruck eines beliebigen Ortes der Erdatmosphäre ist der hydrostatische Druck der Luft, der an diesem Ort herrscht. Er bezeichnet zudem die Gewichtskraft der Luftsäule, die auf der Erdoberfläche oder einem auf ihr befindlichen Körper steht. Eine andere Verwendung hat das Wort Luftdruck in Bezug auf Reifen, wo es für deren Innendruck (oder Reifenfülldruck) steht. Für den Atmosphärendruck anderer Himmelskörper siehe den Artikel Atmosphäre.

Eigenschaften

Die Erdatmosphäre hat eine Masse von rund 5·1015 Tonnen und die Erdoberfläche beträgt etwa 510·106 km². Da der Druck allgemein als Kraft pro Fläche definiert ist, ergibt sich für den Luftdruck, unter Berücksichtung der Schwerkraft, ein globaler Überschlagswert von 1,01·105 kg/(m·s²). In Hochlagen ist die Entfernung zur Grenze der Erdatmosphäre wesentlich geringer als in Tieflagen. Dadurch ist auch die Luftsäule kürzer und damit der Luftdruck niedriger. Der Luftdruck am Boden ist folglich im Hochgebirge weitaus kleiner als im Flachland oder auf Meereshöhe. Der hydrostatische Luftdruck sinkt generell immer bei einer Höhenzunahme und sein Gradient wird über eine barometrische Höhenformel angenähert. In der Horizontalen erfährt jeder Mensch und neben ihm auch jegliche andere Störung der Erdatmosphäre aus jeder Richtung den gleichen Druck. Dieser ist im Normalfall nicht spürbar, weil sich unser Organismus darauf eingestellt hat. Er ist jedoch Grundvoraussetzung dafür, dass sich der Mensch nicht durch Verdampfung seiner Körperflüssigkeit auflöst, da ein Stoff verdampft, sobald sein Sättigungsdampfdruck identisch mit dem Luftdruck ist bzw. diesen übersteigt (vgl. Siedepunkt). Der Luftdruck stellt dabei also einen Außendruck dar.

Einheiten

Die SI-Einheit des Luftdrucks ist das Pascal (Einheitenzeichen Pa) oder die auch zulässige Einheit Bar (Einheitenzeichen bar = 105 Pa). Da der Luftdruck auf Meereshöhe im Durchschnitt 101.325 Pa, also rund 100.000 Pa beträgt, wird er meist mit der Zahl um 1.000 in Hektopascal (1013,25 hPa) oder mit gleichem Zahlenwert Millibar (mbar) angegeben. Der Luftdruck wird meist mit einem Barometer gemessen, wobei oft noch veraltete Einheiten verwendet werden. Dabei ist 1 hPa = 1 mbar = 0,75 Torr (= mm Hg oder Millimeter Quecksilbersäule). Eine andere Einheit im Kontext des Luftdrucks ist die Atmosphäre, wobei diese alten Einheit wie Physikalische Atmosphäre, Technische Atmosphäre, Atmosphäre Absolutdruck, Atmosphäre Überdruck oder Atmosphäre Unterdruck nicht mehr zulässig sind.

Variabilität und Extremwerte

Der mittlere Luftdruck der Erdatmosphäre beträgt auf Meereshöhe 101.325 Pascal = 1013,25 hPa bzw. mbar oder 101,325 kPa und ist damit Teil der Normalbedingungen und auch vieler Standardbedingungen.

Abnahme mit der Höhe

Hauptartikel: barometrische Höhenformel Der Luftdruck sinkt rasch mit der Höhe – in Bodennähe um etwa 1 hPa (= früheres Millibar) alle 10 Meter – und kann genähert durch eine Exponentialfunktion abgeschätzt werden. Ohne Einfluss der Temperatur beträgt der Druck in der Höhe H (in km) etwa p = p0·exp(H/8). Daraus ergibt sich halber Luftdruck in etwa 5-6 km Meereshöhe und 10 % des Bodenwertes p0 in 15-20 km über dem Meer.

Tagesgang

Exponentialfunktion Der Luftdruck ist einer täglich wiederkehrenden Periodik unterworfen, die zwei Maximalwerte und zwei Minimalwerte pro Tag aufweist. Er folgt dabei den Schwankungen der Lufttemperatur, wodurch sich ein stärkerer 12-Stundeneinfluss (als semicircadian bezeichnet) und ein schwächerer 24-Stundenrhythmus (circadian von lateinisch dies der Tag) zeigen. Die Maxima finden sich gegen 10 und 22 Uhr, die Minima gegen 4 und 16 Uhr (Sommerzeit beachten). Die Amplituden sind breitengradabhängig. In Äquatornähe liegen die Schwankungen bei Werten bis zu 5 hPa. In den mittleren Breiten liegen die Schwankungen bei etwa 0,5 bis 1 hPa. Die Kenntnis des örtlichen Tagesgang des Luftdrucks erhöht die Aussagekraft eines Barogramms zur Einschätzung des Wettergeschehens, insbesondere in tropischen Gebieten. Direkt beobachtbar ist der Tagesgang in der Regel jedoch nicht, da er von dynamischen Luftdruckschwankungen überlagert wird. Nur bei hinreichend genauer Messapparatur und stabilen Hochdruckwetterlagen ist es möglich diese Schwankungen ungestört zu beobachten. Eine Darstellung des Tagesgangs so wie er in Norddeutschland aufgezeichnet wurde, ist hier rechts zu sehen. Extrem niederfrequente (0,2 Hz) und schwache Überlagerungen des Luftdrucks, die Bestandteil des Hintergrundrauschens sind und als Folge von Wettererscheinungen und Seegang auftreten, werden Mikrobarome genannt. Ihre Amplituden liegen unter einem Pascal.

Jahresgang

Der Jahresgang des Luftdrucks, basierend auf entweder Tages- oder Monatsmitteln als langjährige Durchschnittswerte, zeigt eine geringe, aber auch vergleichsweise komplexe Schwankung zwischen den einzelnen Monaten. Dabei zeigt sich ein Minimum im April, verantwortlich für den Begriff des Aprilwetters, und vergleichsweise hohe Werte für Mai und September (Altweibersommer).

Luftdruck-Rekorde

Der historische globale Niedrigstwert des Luftdrucks auf Meereshöhe beträgt 869.9 hPa und wurde am 12. Oktober 1979 im Nordwest-Pazifik gemessen (Taifun Tip). Für Deutschland beträgt der Niedrigstwert 948,6 hPa und wurde am 26. Februar 1989 in Osnabrück erfasst. Die historisch globalen Maximalwerte auf Meereshöhe wurden mit 1085,7 in Tosontsengel (Mongolei) am 19. Dezember 2001 und 1083,8 hPa am 31. Dezember 1968 am Agata-See (Sibirien 66N/93E) erfasst. Der Rekordhalter für Deutschland ist Berlin mit 1057,8 hPa am 23. Januar 1907. Der stärkste bis heute gemessene Luftdruckabfall innerhalb von 24 Stunden wurde im Oktober 2005 bei Hurrikan_Wilma mit 98 hPa gemessen. Der Kerndruck fiel bis auf 882 hPa. Bei Taifun Forrest wurde im September 1983 im nordwestlichen Pazifik ein Druckabfall von 92 hPa innerhalb von 24 Stunden gemessen.

Experimente und Messung

Hauptartikel: Barometer Otto von Guericke konnte 1663 den Luftdruck mit den Magdeburger Halbkugeln nachweisen. Dies waren zwei dicht aneinanderliegende halbe Hohlkugeln, die auch durch entgegen gesetzt ziehende Pferdegespanne, sobald die Luft zwischen den Hohlkugeln evakuiert worden war, nicht mehr voneinander getrennt werden konnten. Nach diesem Prinzip arbeiten auch heute noch Unterdruckkabinen. Unterdruckkabine Ein anderes Experiment, das auch zur genauen Messung verwendet werden kann, ist ein einseitig verschlossenes und mehr als zehn Meter langes Glasrohr. Es wird zu erst horizontal in ein Wassergefäß gelegt, so dass die Luft entweicht. Richtet man es auf mit der Öffnung unter Wasser und der verschlossenen Seite nach oben, so stellt sich eine maximale Höhe ein, bis zu der der Wasserspiegel sich durch den auf der umliegenden Wasseroberfläche lastenden Luftdruck empordrücken lässt. Dies sind etwa zehn Meter, bei hohem Luftdruck mehr, bei niedrigem Luftdruck weniger. Im Hohlraum ist dann beinahe ein Vakuum, das allerdings durch etwas Wasserdampf „verunreinigt“ ist. Man bezeichnet dies als ein Flüssigbarometer, wobei Evangelista Torricelli stattdessen Quecksilber nutze, das bereits nach 760 mm abreißt und kaum verdampft. Ein anderes Instrument zur Luftdruckmessung nach diesem Prinzip ist das Goethe-Barometer. Goethe-Barometer Heute werden meistens Dosen-Barometer verwendet, die eine sogenannte Vidie-Dose oder einen Stapel derartiger Dosen enthalten. Dabei handelt es sich um einen dosenartigen Hohlkörper aus dünnem Blech, welcher mit einem Zeiger verbunden ist. Steigt der Luftdruck, so wird die Dose zusammengedrückt, der Zeiger bewegt sich. Damit die Messung unabhängig von der Temperatur ist, befindet sich in der Dose ein Vakuum, da sich darin befindliche Luft bei Erwärmung ausdehnen würde. Trotzdem gibt es temperaturabhängige Messfehler. Um diese klein zu halten werden Legierungen mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet. Eine weitere Möglichkeit den Luftdruck zu erfassen bietet ein Sturmglasbarometer, welches sich die temperatur- und luftdruckabhängigen Kristallisationseigenschaften von Campher zunutze macht.

Bedeutung

Meteorologie

Regionale Schwankungen des Luftdruckes sind maßgeblich an der Entstehung des Wetters beteiligt, weshalb der Luftdruck in Form von Isobaren auch das wichtigste Element in Wetterkarten darstellt. Für die Wettervorhersage von Bedeutung ist der Luftdruck auf einer fest definierten Höhe in der Erdatmosphäre, die so gewählt ist, dass keine Störungen des Drucks durch Gebäude oder kleinräumige Geländeformen zu erwarten sind, also ohne eine Beeinträchtigung durch Reibung des Luftstromes am Boden in der sogenannten freien Atmosphäre. Eine Messung, die sich auf die Höhe der Erdoberfläche über Normalnull bezieht, würde in die Fläche übertragen eher die Topografie des Geländes als die tatsächlichen Schwankungen des Luftdrucks ergeben. Um dies auszugleichen und die Werte damit vergleichbar zu machen bedient man sich einer Reduktion auf Meereshöhe. Für das Wettergeschehen in Bodennähe sind vor allem die dortigen Unterschiede des Luftdrucks von Interesse. Sie führen zur Entstehung von Hoch- und Tiefdruckgebieten. Zwischen ihnen setzt der Wind als Ausgleichsströmung ein.

Luftfahrt

Der Luftdruck spielt in der Luftfahrt eine große Rolle, da die üblichen Höhenmesser im Prinzip Barometer sind und so die Höhe des Luftfahrzeugs über den Luftdruck nach der barometrischen Höhenformel bestimmt wird (siehe Luftdruckmessung in der Luftfahrt). Ein sehr niedriger örtlicher Luftdruck kann dem Piloten eine zu große Höhe vortäuschen („Von Hoch nach Tief geht schief“), daher muß für die Dauer des Fluges der örtliche Luftdruck bekannt sein. Um zu große Fehler bei der Höhenanzeige zu meiden, welche bis etwa 300 m betragen können, kompensiert der Pilot die Höhenanzeige durch Eingabe des örtlichen QNH Wertes am Höhenmesser. In größeren Höhen wird ein Druck von 1013 hPa angenommen, den alle Luftfahrzeuge als QNH eingeben müssen. So kann die Gefahr einer Kollision vermindert werden, denn große Messfehler bei der Höhenbestimmung sind so weniger wahrscheinlich.
- QFE: tatsächlicher Luftdruck am Messort
- QNH: rückgerechneter Luftdruck auf Meereshöhe und ICAO Atmosphäre (15 Grad, 2 Grad Temperaturgradient / 1000 m)
- QFF: rückgerechneter Luftdruck auf Meereshöhe unter Berücksichtigung von Ortshöhe, Luftfeuchte, Temperatur und weiterer Faktoren. Auf Flugplätzen wird meist der QNH Wert verwendet, während in der Meteorologie der QFF Wert verwendet wird um Luftdrücke an verschiedenen Orten und Ortshöhen vergleichen zu können. Die Q-Gruppen stammen noch aus der Zeit der drahtlosen Telegraphie (Morse Code).

Siehe auch


- Luftdichte
- Schallkennimpedanz
- Schallgeschwindigkeit

Weblinks

Kategorie:Meteorologie Kategorie:Physikalische Größe ja:気圧 ko:대기압

Gasgleichung

Die thermische Zustandsgleichung idealer Gase, auch kurz als ideale-, universelle- oder allgemeine Gasgleichung/Gasgesetz bezeichnet, beschreibt das Verhalten und die Eigenschaften eines idealen Gases eindeutig. Sie vereint alle experimentellen Einzelergebnisse und die hieraus abgeleiteten Gasgesetze zu einer allgemeingültigen Zustandsgleichung. Diese beschreibt den Zustand des idealen Gases bezüglich der Zustandsgrößen Druck p, Volumen V, Temperatur T und Stoffmenge n bzw. Teilchenzahl N. Die Gleichung kann in verschiedenen, zueinander äquivalenten Formen formuliert werden, wobei alle diese Formen den Zustand des betrachteten Systems in gleicher Weise und eindeutig beschreiben. Extensive Formen: : p \cdot V = n \cdot R \cdot T : p \cdot V = N \cdot k_B \cdot T :p \cdot V = m \cdot R_s \cdot T :p = \rho \cdot R_s \cdot T Intensive Form: :p \cdot V_m = R \cdot T Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
- kB - Boltzmannkonstante
- R - universelle Gaskonstante
- Rs - spezifische Gaskonstante
- ρ - Dichte
- Vm - molares Volumen Die ideale Gasgleichung stellt den Grenzfall aller thermischen Zustandsgleichungen für verschwindende Dichte \rho \rightarrow 0 dar, das heißt für verschwindenden Druck bei genügend hoher Temperatur. In diesem Fall kann man das Eigenvolumen der Gasmoleküle und die Kohäsion - die anziehende Kraft zwischen den Molekülen - vernachlässigen. Die ideale Gasgleichung ist für viele Gase wie zum Beispiel wasserdampfungesättigte Luft auch bei Normalbedingungen eine gute Näherung. Aus der Idealen Gasgleichung folgt, dass die Innere Energie eines Idealen Gases unabhängig von Druck und Volumen ist und nur von der Temperatur abhängt. Sie besteht nur aus der kinetischen Energie der Wärmebewegung der Moleküle. Im Jahr 1873 erweiterte Johannes Diderik van der Waals das Gasgesetz zur Van-der-Waals-Gleichung, die das Eigenvolumen der Gasteilchen und die Anziehung zwischen ihnen im Gegensatz zur allgemeinen Gasgleichung mit berücksichtigt und somit auch als Näherung auf deutlich reale Gase angewendet werden kann. Eine andere Näherungslösung für reale Gase stellt die Reihenentwicklung der Virialgleichungen dar, wobei die allgemeine Gasgleichung identisch mit einem Abbruch der Reihenentwicklung nach dem ersten Glied ist. Generell gilt, dass die allgemeine Gasgleichung als Näherungslösung für schwach reale Gase bei geringen intermolekularen Wechselwirkungen, kleinen Drücken und hohen Temperaturen (großen Molvolumina) geeignet ist. Insbesondere weisen ideale Gase hierbei keinen Joule-Thomson-Effekt auf.

Spezialfälle

Es gibt verschiedene Spezialfälle des allgemeinen Gasgesetzes, welche einen Zusammenhang zwischen zwei Größen herstellen, während alle anderen Größen konstant gehalten werden. Erklärt und nicht nur empirisch abgeleitet werden diese Zusammenhänge zwischen den Zustandsgrößen eines Gases durch dessen Teilchencharakter, also durch die kinetische Gastheorie.

Gesetz von Boyle-Mariotte

Das Gesetz von Boyle-Mariotte, auch Boyle-Mariottesches Gesetz oder Boyle-Mariotte-Gesetz und oft mit Boyle'sches Gesetz abgekürzt, sagt aus, dass der Druck idealer Gase bei gleichbleibender Temperatur und gleichbleibender Stoffmenge indirekt proportional zum Volumen ist. Erhöht man den Druck auf ein Gaspaket, zieht sich dieses folglich zusammen. Verringert man den Druck, so dehnt es sich aus. Dieses Gesetz wurde kurz hintereinander und unabhängig von zwei Physikern entdeckt, dem Engländer Robert Boyle (1662) und dem Franzosen Edme Mariotte (1676): Für T = const und n = const gilt: :p \sim \frac \qquad \qquad p \cdot V = \mbox \qquad \qquad p_1 \cdot V_1 = p_2 \cdot V_2

Gesetz von Gay-Lussac

Das Gesetz von Gay-Lussac, auch Gay-Lussacsches Gesetz, Gesetz von Charles oder Charlessches Gesetz, besagt, dass das Volumen idealer Gase bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibender Stoffmenge direkt proportional zur Temperatur ist. Ein Gas dehnt sich also bei einer Erwärmung aus und zieht sich bei einer Abkühlung zusammen. Dieser Zusammenhang wurde 1787 von Jacques Charles und 1802 von Joseph Louis Gay-Lussac erkannt. Für p = const und n = const gilt: :T \sim V \qquad \qquad = \mbox \qquad \qquad = Das eigentliche Gesetz von Gay-Lussac, obiges ist nur der Teil, den man meist als das Gesetz von Charles bezeichnet, lautet: :V(T) = V_0 \left(1 + \gamma_0 [T - T_0]\right) \qquad \, mit \, \qquad \gamma_0 = \frac = \frac Hierbei ist T0 die Temperatur am Nullpunkt der Celsius Skala, also 273,15 K oder 0 °C. Demhingegen ist T die gesuchte Temperatur, wobei man darauf achten muss, die gleiche Einheit wie bei T0 zu verwenden. Analog ist V das Volumen bei T, V0 das Volumen bei T0 und γ0 der Volumenausdehnungskoeffizient bei T0, wobei für ideale Gase allgemein γ = 1/T gilt. Aus dieser Gleichung kann man folgern, dass es einen absoluten Temperaturnullpunkt geben muss, da die Gleichung für diesen ein Volumen von Null vorraussagt und das Volumen nicht negativ werden kann. Ihre empirische Basis ist daher auch Grundlage für die absolute Temperaturskala Kelvins, da hierüber durch Extrapolation der Temperaturnullpunkt bestimmt werden konnte.

Gesetz von Amontons

Das Gesetz von Amontons, oft auch 2. Gesetz von Gay-Lussac, sagt aus, dass der Druck idealer Gase bei gleichbleibendem Volumen und gleichbleibender Stoffmenge direkt proportional zur Temperatur ist. Bei einer Erwärmung erhöht sich also der Druck und bei einer Abkühlung wird er geringer. Dieser Zusammenhang wurde von Guillaume Amontons entdeckt. Für V = const und n = const gilt: :p \sim T \qquad \qquad = \mbox \qquad \qquad = Analog zum Gesetz von Gay-Lussac gilt hierbei auch: :p(T) = p_0 (1 + \gamma_0 [T - T_0]) \!

Gesetz der Gleichförmigkeit

Das Gesetz der Homogenität sagt aus, dass ein ideales Gas durch und durch homogen, das heißt gleichförmig, ist, dass es also überall dieselbe Dichte hat. Wenn in einem großen Behälter mit einem homogenen Stoff, zum Beispiel mit einem Gas, an einer Stelle eine Teilmenge V1 eingeschlossen wird, so enthält diese dieselbe Stoffmenge wie eine Teilmenge mit demselben Volumen V1 an anderer Stelle. Teilt man die gesamte Stoffmenge auf zwei gleichgroße Volumina auf, so enthalten sie die gleiche Stoffmenge, nämlich die Hälfte der ursprünglichen. Daraus Die Stoffmenge ist bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibender Temperatur proportional zum Volumen, oder umgekehrt: Das Volumen ist bei gleichbleibendem Druck und gleichbleibender Temperatur proportional zur Stoffmenge. Für T = const und p = const gilt: :V \sim n \qquad \qquad = \mbox \qquad \qquad = . Diese Gesetze gelten für alle homogenen Stoffe, solange Temperatur und Druck unverändert bleiben, und eben auch für ideale Gase.

Gesetz von Avogadro

Das Gesetz von Avogadro sagt aus, dass zwei gleich große Gasvolumina, die unter demselben Druck stehen und die dieselbe Temperatur haben, auch dieselbe Teilchenzahl einschließen. Dies gilt sogar dann, wenn die Volumina verschiedene Gase enthalten. Selbstverständlich gilt es auch für den Fall, dass die Zusammensetzung in den beiden Volumina gleich ist; deswegen folgt auch aus dem Gesetz von Avogadro die Beziehung V ~ n für T = const und p = const. Darüber hinaus bedeutet es aber auch, dass ein Gaspaket in einem bestimmten Volumen auch eine bestimmte Anzahl von Teilchen hat, die unabhängig von der Stoffart ist. Das Gesetz von Avogadro wurde 1811 durch Amedeo Avogadro entdeckt. Es kann auch so formuliert werden: Das molare Volumen ist bei einer bestimmten Temperatur und bei einem bestimmten Druck für alle idealen Gase identisch. Messungen haben ergeben, dass ein Mol eines idealen Gases bei 0 °C und 101,325 kPa Druck ein Volumen von rund 22,4 l einnimmt. Eine sehr bedeutende Folge des Gesetzes ist: Die Gaskonstante ist für alle idealen Gase identisch.

Herleitungen

Herleitung aus der kinetischen Gastheorie

Die kinetische Gastheorie besagt, dass die Gase aus vielen einzelnen Atomen (siehe Atom) und Molekülen (siehe Molekül) aufgebaut sind, die jedes für sich eine Masse m und eine Geschwindigkeit v haben. Die gesamte kinetische Energie E aller Teilchen, wird als die Temperatur des Gases verstanden. Es ergibt sich E = N \frac \bar v^2 = \frac N k_B T wobei \bar v die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen ist. Man sieht, dass bei höherer Temperatur des Gases sich die Moleküle mit höheren Geschwindigkeiten bewegen. Dabei besitzen nicht alle Teilchen die gleiche Geschwindigkeit, sondern es tritt eine statische Verteilung der Geschwindigkeiten auf(Maxwell-Boltzmann-Verteilung). Ist das Gas in einem Behälter mit dem Volumen V eingeschlossen, so stoßen immer wieder Gasmoleküle gegen die Wand des Behältnisses und werden reflektiert. Dadurch übertragen die Teilchen pro Zeiteinheit und pro Wandfläche einen bestimmten Impuls auf die Wand. Es wirkt mit den Teilchenstößen auf jeden Teil der Wand eine Kraft, die wir als den Gasdruck p begreifen. Dieser Druck p ist umso größer je schneller die Teilchen sind. Zum einem steigt bei hohen Teilchengeschwidigkeiten die Rate mit der die Gasmoleküle auf die Wand treffen, da sie den Behälterraum schneller durchqueren. Zum anderem werden die Stöße gegen die Wand heftiger und es wächst der dabei übertragende Impuls. Wird die Teilchendichte N / V erhöht, so wächst die Wahrscheinlichkeit, mit der Moleküle mit der Wand stoßen. Aus solchen Überlegungen kann man diese Gleichung für den Druck herleiten: p = \frac \frac \frac \bar v^2 = \frac \frac E Drückt man die Energie E des Gases durch die Temperatur aus, so ergibt sich daraus die ideale Gasgleichung. p \cdot V = N k_B T Diese Gleichung gilt jedoch nur bei Gasen mit geringer Teilchendichte und bei genünged hoher Temperatur. Bei dieser Herleitung wird nämlich vernachlässigt, dass Anziehungskräfte zwischen den Teilchen wirken, die den Teilchendruck gegen die Wand abschwächen. Außerdem besitzen die Moleküle selbst ein Volumen und das Gas kann nicht beliebig komprimiert werden, weil die Teilchen sich gegenseitig verdrängen. Die Beschreibung eines solchen realen Gases bewältigt die van-der-Waals-Gleichung.

Herleitung aus den Spezialfällen

Die Kombination der Gesetze von Amontons und Gay-Lussac

Die Gesetze von Amontons und Gay-Lussac, welche beide zeitlich vor der Gasgleichung gefunden wurden, lassen sich beispielsweise durch das Gedankenexperiment einer zweistufigen Zustandsänderung zusammenfassen, wobei man hierbei generell von einer gleichbleibenden Stoffmenge ausgeht.
Zunächst betrachtet man eine isochore Zustandsänderung nach dem Gesetz von Amontons. Der Ausgangspunkt ist hierbei der Zustand 1 mit p1, V1 und T1. Endpunkt ist Zustand 2 mit p2, V2 (=V1) und T2. :\frac = \frac \qquad \qquad T_2 = \frac Es folgt eine isobare Zustandsänderung nach dem Gesetz von Gay-Lussac von Zustand 2 nach Zustand 3 mit p3 (=p2), V3 und T3. : = \qquad \qquad V_3 = Setzt man nun den Ausdruck für T2 aus obiger Gleichung in den Ausdruck für T2 aus unterer Gleichung ein und stellt um, wobei man p3 = p2 und V2 = V1 berücksichtigen muss, so erhält man als Resultat die Beziehung: :\frac=\frac \qquad \qquad \frac = \mbox

Eigentliche Herleitung der Gasgleichung

Als letzten Schritt muss man die Konstante im rechten Term des obigen Ausdrucks ermitteln. Geht man davon aus, dass ein Mol bei 273,15 Kelvin und 101,325 Kilopascal genau 22,414 Liter einnimmt, also das Gesetz von Avogadro gültig ist, so kann man auch davon ausgehen, dass n Mol eines idealen Gases genau n · 22,414 Liter einnehmen. Wenn man dies in obige Gleichung einsetzen, erhält man: :\frac \; \cdot \; n = \frac Multipliziert man die Gleichung mit T3 und isoliert gleichzeitig das n aus dem Bruch, so erhält man: :n\cdot T_3 \cdot \frac = p_3 \cdot V_3 Der linke Bruch ist eine konstante Zahl, man definieren dies als die Gaskonstante R und berechnen dessen Zahlenwert. :R := \frac = 8,31447~\frac Streicht man nun die Indizes, so erhält man die gesuchte allgemeine Gasgleichung: :p\cdot V = n\cdot R\cdot T

Herleitung aus der thermischen Zustandsgleichung

Grundlage für die Herleitung ist die thermische Zustandsgleichung: :d V = \left( V \cdot \gamma \right) \mathrm d T - \left( V \cdot \kappa \right) \mathrm d p + V_m \mathrm d n Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
- κ - Kompressibilität
- γ - Volumenausdehnungskoeffizienten
- Vm - molares Volumen (Vm = V/n) Bei einem idealen Gas gilt im Speziellen: :\gamma = \frac :\kappa = \frac Hierdurch wird die thermische Zustandsgleichung zu folgender Form vereinfacht: :\mathrm d V = \left( \frac \right) \mathrm d T - \left( \frac \right) \mathrm d p + \left( \frac \right) \mathrm d n Man kann die Zustandsgleichung nun von einem Zustand 1 zu einem Zustand 2 integrieren (bestimmtes Integral) und erhält dadurch: :\frac=\frac = const = R Gleichen sich zwei der Zustandsgrößen, haben sie sich also vom Zustand 1 zum Zustand 2 nicht geändert, so können diese gekürzt werden und man erhält dadurch die jeweiligen Spezialfälle. Die universelle Gaskonstante muss hierbei experimentell bestimmt werden und leitet sich nicht aus der Integrationskonstante ab. Einen beispielhaften Versuchsaufbau kann man im Artikel der Gaskonstante nachlesen.

Weblinks


- [http://www.k-wz.de/physik/gasgleichung.html Die allgemeine Gasgleichung mit Diagrammen und interaktiver Animation] Kategorie:Thermodynamik ja:理想気体の状態方程式

Heck

Das Heck (niederdt.: heck "Umzäunung") war ursprünglich der für den Steuermann vorgesehene hintere erhöhte Teil eines Schiffes, der zum Schutz gegen hohe Wellen mit einer Verschanzung (Umzäunung) umgeben war. Später wurde das Heck zum Bereich für den Kapitän und die Offiziere, insbesondere für die Offiziersquartiere, das auch als Quarterdeck bezeichnet wurde. In der Blüte der Segelschifffahrt wurde das Heck zum prächtigsten Teil des Schiffes und mit Fensterreihen, Galerien und üppigen Verzierungen ausgestattet. Dadurch wurden die Schiffe jedoch verwundbarer und während einer Seeschlacht versuchten die Segelschiffe so zu manövrieren, dass sie dem Gegner von achtern eine Breitseite ins Heck jagen konnten. Am Heck befanden sich auch Laternen und die Schiffsflagge. Im frühen 19. Jahrhundert wurde das Schiffsheck zunehmend runder. Mit dem Aufkommen der Dampfschiffe wurde das Heck zum Platz der Maschinenanlage und die Offiziere fanden weiter vorne im Schiff ihren Platz. Heute bezeichnet der Begriff den hinteren Teil eines Schiffes, Autos etc. In Norddeutschland bezeichnet Heck außerdem noch immer nach der niederdeutschen Ursprungsbedeutung ein eingezäuntes Stück Land, eine Koppel.

Weblinks


- [http://geschichten.hpgen.de/cgi-bin/display.pl?kundennummer=318276&artikelid=WedMay11902192002 Sammlung der Bedeutungen des Begriffes HECK] Kategorie:Schiffbau

Trimmung

Als Trimmung bezeichnet man das Ausrichten von Körpern in eine gewünschte Lage. Besonders häufig wird dieser Begriff im Zusammenhang mit Schiffen/Booten oder Fluggeräten gebraucht. Die Trimmkräfte sollen dabei die Kräfte ausgleichen, die die Lage des Körpers verändern würden. Man unterscheidet zwischen statischer und dynamischer Trimmung:
- Bei der statischen Trimmung wird der Schwerpunkt durch Verschieben von Masse (Treibstoff in verschiedene Tanks pumpen, Ballast aufnehmen) verschoben. Die so eingestellten Trimmkräfte sind weitgehend unabhängig vom Zustand des Fahrzeuges.
- Bei der dynamischen Trimmung werden die Trimmkräfte, durch die Verstellung bzw. Voreinstellung von aero/hydrodynamischen Flächen erzeugt. Diese Trimmkräfte verändern sich mit der Geschwindigkeit des Objekts.

Luftfahrt

In der Luftfahrt wird die Trimmung typischerweise verwendet, um die für eine stabile Flugsituation erforderlichen Ruderkräfte auf Null zu bringen. Die Trimmung kann aber auch in vorübergehenden Flugzuständen, wie z. B. im Sturzflug, verwendet werden, um die vom Piloten aufzubringenden Ruderkräfte zu verringern und so die Steuerbarkeit des Flugzeuges zu verbessern.

Die Federtrimmung

Die Federtrimmung ist eine Art der Trimmung von Flugzeugen. Bei der Federtrimmung wird die Neutrallage des Höhenruders durch eine Feder festgelegt, deren Vorspannung sich einstellen lässt.

Die Flettnertrimmung

Bei der Flettner-Trimmung wird eine am Ende des Höhenruders angebrachte (Trimm-)Klappe so verstellt, dass das Ruder selbst eine Wirkung in entgegengesetzter Richtung erzeugt. Um ein Flugzeug z.B. kopflastig zu trimmen muss das Höhenruder nach oben ausgelenkt werden. Dies erreicht man in dem die Flettner-Trimmung nach unten ausgelekt wird.

Schifffahrt

In der Schifffahrt die Verteilung der beweglichen Gewichte an Bord (z.B. Besatzung, Ladung, Bunkerinhalt) um ein Schiff in eine günstige Schwimmlage (meist eine horizontale Lage) zu bringen, in der es optimal durch das Wasser gleitet (siehe auch Gewichtstrimm). Bei Segelbooten versteht man unter Trimmung auch das Einstellen der optimalen Stellung und Spannung der Segel.

Siehe auch


- Flugsteuerung
- Auftrieb
- Tarieren
- Trimmruder Kategorie:Luftfahrttechnik Kategorie:Schifffahrt

Zeppelin NT

Zeppelin NT (Zeppelin neuer Technologie) ist eine Luftschiff-Baureihe, die seit den 1990er Jahren in Friedrichshafen gefertigt wird. Die Luftschiffe des NT-Typs sind die größten aktiven Luftschiffe und die einzigen mit einem inneren Gerüst, sogenannte halbstarre Luftschiffe. Sie werden von der Zeppelin Luftschifftechnik GmbH & Co. KG (ZLT) gebaut, die Teil des Zeppelin-Konzerns ist und die Tradition der unter dem Namen von Ferdinand Graf von Zeppelin gegründeten Gesellschaften fortsetzen möchten. Diese konstruierten, bauten und betrieben im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts die weltberühmten Zeppelin-Starrluftschiffe. Von den drei bis 2005 gebauten und von Zeppelin selbst betriebenen Schiffen des Typs NT 07 wurde mittlerweile eines an einen japanischen Betreiber verkauft. japan

Einsatzgebiet

japan Seit August 2001 bietet die Deutsche Zeppelin Reederei (DZR) Rundflüge mit den Zeppelin NT-Luftschiffen an. Die Hüllen werden dabei als Werbefläche vermarktet. Die Schiffe können auch für ganze Werbekampagnen gemietet und gestaltet werden. Dies stellt ihre Hauptverwendung dar. Ein Rundflug ab Friedrichshafen, dem Heimatflughafen der Zeppeline, wenn sie nicht in anderen Städten zu Besuch sind, dauert etwa 40-80 Minuten. Es gibt eine Ost-Route über Lindau - Bregenz - Rorschach, sowie eine West-Route in Richtung Meersburg - Überlingen - Mainau - Konstanz. Außerdem gibt es Routen u.a. über Ravensburg (Friedrichshafen - Waldburg - Tettnang - Ravensburg - Weingarten - Friedrichshafen), zum Schloss Salem (Salem - Markdorf - Meersburg) und zum Rheinfall-Schaffhausen (Insel Mainau - Meersburg - Konstanz - Schaffhausen). Gelegendlich werden auch auch noch andere Routen ab Friedrichshafen sowie von anderen Start- und Landeplätzen bedient. Die Luftschiffe werden ebenfalls als Beobachtungsplattform für die Bild- und Fernsehmedien beispielsweise bei Großereignissen eingesetzt. Durch die lange mögliche Einsatzdauer und den vibrationsarmem Flug sind die Schiffe auch für Forschungsmissionen, etwa Umweltbeobachtungen, Troposphärenforschung oder die Erkundung von Bodenschätzen gut geeignet. So half der Zeppelin NT, als er anlässlich des Oktoberfestes 2002 über München unterwegs war, dem DLR und der ESA bei Entwicklung des europäischen Navigationssystems Galileo, indem er Messfahrten über der Stadt unternahm, bei denen er einen Satelliten simulierte. Damit trat er in die Fußstapfen der früheren Luftschiffe LZ 126 und LZ 130, die bereits in den 1920er und 30er Jahren Funk- und Funkpeilversuche, damals teilweise für militärische Zwecke, über dem Atlantik, Deutschland und der Nordsee durchführten. Im Sommer 2004 führte ein Zeppelin NT bei Rundflügen über dem Bodensee eine nach unten gerichtete Kamera mit, die Bilder zur Langzeitbeobachtung der Uferzone durch das Seenforschungsinstitut lieferte.

Vergleich mit den historischen Zeppelinen

Es gibt mehrere wichtige Unterschiede zwischen der Zeppelin NT-Bauweise und Zeppelinen vor 1940:
- Der Zeppelin NT dient vorwiegend für touristische Rundflüge und als Werbeträger. Eine Verwendung als Verkehrsluftschiff im Liniendienst oder Militärluftschiff ist derzeit (Stand 2005) nicht vorgesehen.
- Die bisher gebauten Luftschiffe vom Typ Zeppelin NT sind mit 75 m Länge und einem Hüllenvolumen von 8.225 m³ deutlich kleiner als die alten Zeppeline, die Reichweite ist zudem deutlich geringer.
- Als Traggas kommt statt des entzündlichen Wasserstoffs ausschließlich das mittlerweile problemlos verfügbare und auch bei allen anderen aktuellen Luftschiffen eingesetzte Helium zum Einsatz. Das Edelgas ist unbrennbar, jedoch im Vergleich zum Wasserstoff doppelt so schwer und teurer.
- Im Gegensatz zu seinen Vorgängern ist der Zeppelin NT kein Starrluftschiff, sondern ein halbstarres Luftschiff.
- Moderne Luftschiffe starten in aller Regel etwas schwerer als Luft. Der Auftrieb reicht dann nicht aus, um das Schiff allein in der Luft zu halten. Die fehlende Auftriebskraft wird durch die Motoren erzeugt (dynamischer Auftrieb).
- Da er auf Motorleistung angewiesen ist, um sich in der Luft zu halten, „fliegt“ der Zeppelin NT, während Luftfahrzeuge, die ohne dynamischen Auftrieb aufsteigen (wie Ballons oder die historischen Zeppeline) „fahren“.

Geschichte

Die Ära der historischen Zeppeline endete 1940, nachdem die beiden letzten Starrluftschiffe LZ 127 „Graf Zeppelin“ und LZ 130 „Graf Zeppelin II“ auf Befehl der Reichsführung verschrottet und deren Hallen in Frankfurt/Main zerstört worden waren. Erst 1989 wurden die ersten offiziellen Studien, die die Machbarkeit für einen neuen Zeppelin aufzeigen sollten, angefertigt. Am Ende des folgenden Jahres zeigte eine Marktstudie ein Absatzpotenzial von damals bis zu 80 Zeppelinen. 1990 wurde auch ein Patent auf ein „halbstarres Luftschiff mit Druck gestützter Hülle“ für die immernoch existierende, 1908 von Graf Ferdinand gegründete, Luftschiffbau Zeppelin GmbH angemeldet. Daraufhin wurde im September 1993 die Zeppelin Luftschifftechnik GmbH & Co. KG (ZLT) gegründet. Hauptanteilseigner sind die Luftschiffbau Zeppelin GmbH und die ZF Friedrichshafen AG. 1995 begann der Bau des ersten Zeppelin NT. 1995 Der Jungfernflug des Prototypen fand am 18. September 1997 statt. Im Juli 2000 wurde dieses erste Schiff vom Typ Zeppelin NT 07 mit der internen Bezeichnung SN 01 anlässlich des einhundertsten Jahrestages des ersten Zeppelinaufstiegs auf den Namen D-LZFN „Friedrichshafen“ getauft. Im Jahr darauf am 26. April 2001 erhielt es nach knapp 1000 Flugstunden und 3600 Flugkilometern anlässlich der Luftfahrtmesse „AERO 2001“ in Friedrichshafen die Musterzulassung vom Luftfahrt-Bundesamt. Gleichzeitig wurde die Zeppelin Luftschifftechnik GmbH als Luftfahrt-Herstellbetrieb zertifiziert. In diesem Jahr begann auch der kommerzielle Betrieb und mit dem Baubeginn des zweiten Zeppelin NT 07 die Serienfertigung dieses Luftschifftyps. Das erste Serienluftschiff (SN 02) wurde am 10. August 2001 auf den Namen D-LZZR „Bodensee“ getauft und nahm am 15. August den Passagierflugbetrieb auf. Dazu war bereits im Januar die Deutsche Zeppelin-Reederei GmbH (DZR) als Tochterunternehmen der ZLG gegründet worden. Sie betreibt die Luftschiffe ähnlich einer Fluggesellschaft. Daneben vermarktet sie auch die Werbefläche auf der Hülle und bildet neue Piloten aus. Den gleichen Firmennamen trug bereits eine Betreibergesellschaft von Zeppelinen vor dem Zweiten Weltkrieg (siehe auch DELAG). Am 8. Februar 2003 startete das zweite Serienluftschiff (SN 03) zu seinem Erstflug. Es trägt die Kennung D-LZZF. Im Mai des Jahres erhielt der Zeppelin NT die Zulassung für Nachtflüge unter Sichtflugregelung (VFR). Bis Jahresende 2001 wurden mit den beiden ersten Schiffen bereits 3.222 Passagiere befördert. Bis November 2003 waren es bereits rund 30 000. Der „Friedrichshafen“ dient vor allem für die Pilotenausbildung, Sonderflüge und als „Vorführmodell“, während alle weiteren Schiffe kommerziell eingesetzt werden. Im Mai 2004 startete der D-LZFN „Friedrichshafen“ zu einer Osteuropatour für ein neues BMW-Modell. Sie führte unter anderem in die Slowakei, Rumänien, Kroatien, nach Slowenien, in die Türkei, nach Bulgarien und in die Ukraine. Es wurden auch wieder Postflüge durchgeführt, deren Sonderstempel bei Philatelisten (Sammlern) heute wie auch schon bei den historischen Zeppelinen sehr begehrt sind. Philatelisten

Verkauf nach Japan

Am 2. März 2004 wurde erstmals ein Zeppelin NT verkauft. Gleichzeitig begann die Ausbildung der zukünftigen Piloten, nachdem die Deutsche Zeppelin-Reederei als erstes Unternehmen weltweit die Zulassung als Luftschiffflugschule erhalten hatte. SN 02 D-LZZR „Bodensee“ wurde am 12. April 2004 an die japanische Nippon Airship Corporation übergeben. Dabei waren mehr als 300 Gäste anwesend. Der Verkaufspreis betrug etwa sieben Millionen Euro. Der Schiffsname wurde von „Bodensee“ in JA101Z „Yokoso! Japan“ geändert. Das Luftschiff startete am 4. Juli 2004 nach zweitägiger Verspätung durch schlechtes Wetter zur Überführung nach Japan. Es sollte dabei der Weltfahrt-Route folgen, die LZ 127 „Graf Zeppelin“ bereits 1929 während seiner Weltumrundung genommen hatte, musste jedoch Ende September nach mehrmonatiger Wartezeit in Nordeuropa nach Friedrichshafen zurückkehren. Die russischen Behörden hatten die Überfluggenehmigung verzögert und mit Auflagen versehen, die eine Durchführung des aus mehreren Etappen bestehenden Fluges zu risikoreich erscheinen ließ. Daraufhin wurde das Schiff am 7. Dezember im italienischen Hafen Gioia Tauro auf ein Dockschiff verladen, das zwei Tage später in Richtung Japan aufbrach. Die Überführung von Deutschland nach Italien hatte zweieinhalb Wochen gedauert und auch über Frankreich geführt. Der Zeppelin wurde am Mastfahrzeug angekoppelt auf das Schiff gezogen und dort mit diesem zusammen vertäut. Zuvor waren die Leitwerke und die seitlichen Luftschrauben abmontiert worden. Auf dem Schiff wurden auch die seitlichen Triebwerke abgenommen. Um das Luftschiff vor dem Seewetter zu schützen wurden links und rechts vom Auftriebskörper vierstöckige Containerwände aufgestapelt. Die innere Tragstruktur wurde über Streben mit dem Schiff verbunden. Zwei Mitarbeiter der ZLT begleiteten den Transport. Das Schiff traf am 8. Januar 2005 im japanischen Kōbe ein. Am 14. Januar stieg das Schiff nach der Komplettierung zu einem Werkstattflug auf und wurde noch am selben Tag nach Nagoya überführt. Das Luftschiff soll in Japan hauptsächlich für Rund- und Werbeflüge genutzt werden, vor allem für die derzeit stattfindende Expo 2005 in der Präfektur Aichi. Die Überführung kostete rund eine Million Euro.

Diamantensuche in Afrika

Am 1. August 2005 brach der Zeppelin „Friedrichshafen“ in den Süden Afrikas auf. Dort soll er für den Diamanten-Konzern De Beers die geologischen Formationen in Südafrika, Namibia und Botswana untersuchen. De Beers hat dafür mit der Zeppelin Luftschifftechnik GmbH (ZLT) einen Zweijahresvertrag für rund 5,5 Mio. € unterschrieben. Zuvor hatte das Luftschiff die Messgeräte und -verfahren an Salzstöcken in Niedersachsen getestet, deren Beschaffenheit bekannt ist. Der Konzern verspricht sich durch die Arbeit mit dem Zeppelin NT eine bessere Qualität der Daten. Ermöglicht wird dies durch die Eigenschaft des Luftschiffs, länger und vor allem vibrationsärmer in geringer Höhe (unter 100 m) schweben zu können, sowie manövrierfähiger zu sein, als Flugzeuge, Hubschrauber oder Ballone. Die ZLT erhofft sich durch diesen Einsatz neue Aufträge. Bewährt sich der Zeppelin, so könnte dies ein großer Fortschritt des Zeppelin NT im Markt der Erdbeobachtungseinsätze sein. Die Reise nach Afrika verlief ähnlich wie die des Zeppelins, der nach Japan verkauft worden war. Das mit dem Schriftzug „Diamonds for Development in Africa“ versehende Luftschiff hob am 1. August 2005 in Friedrichshafen für einen Flug nach Amsterdam ab. Dort traf es nach einem Tankstopp in Bonn am gleichen Tag ein und wurde auf das Dockschiff „Enterprise“ mit Ziel Südafrika verladen. Nach einer 22-tägigigen Schiffsfahrt traf das Luftschiff in Kapstadt ein, wurde jedoch wegen des schlechten Wetters erst am 31. August entladen. Nach dem Zusammenbau wurde ein 50-minütiger Testflug durchgeführt. Anschließend soll der Zeppelin mit den für seine Arbeit notwendigen Messinstrumenten ausgestattet werden und seine Arbeit beginnen. Die Erkundung soll vor allem nachts erfolgen um den hohen Temperaturen und der starken Sonneneinstrahlung tagsüber zu entgehen.

Überwachungsaufgaben

Wie auch schon der „Friedrichshafen“ auf der Pariser Luftfahrtausstellung 2005 wurde der Zeppelin NT SN 03 auch für den Weltjugendtag 2005 mit Überwachungstechnik bestückt und über Köln eingesetzt. Vor seinem Aufbruch in Friedrichshafen war SN 03 am 14. August 2005 von einem Pfarrer gesegnet worden. Die installierten Kameras sollten u.a. Live-Bilder an die Polizeieinsatzzentrale übermitteln.

Saison 2005

In der Saison 2005 wurden von der Deutschen Zeppelin Reederei 10 400 Passagiere befördert, 5 Prozent mehr als im Jahr 2004. Im Jahr 2006 soll der Zeppelin NT erstmals kostendeckend arbeiten.

Technik

In der Regel startet der Zeppelin NT mit etwa 300 kg „Übergewicht“. Er kombiniert wie fast alle modernen Luftschiffe die Leichter-als-Luft und Schwerer-als-Luft-Technik, in dem er den fehlenden Auftrieb durch Motorkraft erzeugt. Das Abwerfen von Ballast entfällt. Bei leichter Beladung und teilentleerten Kraftstofftanks kann der statische Auftrieb größer als das Gewicht des Schiffes werden. Wegen der Verwendung der Motorkraft zum Auftriebsausgleich und des geringen Betrages der Auftriebsänderung muss jedoch meist kein teures Helium aus der Hülle abgelassen werden. Die Gondel hat eine Grundfläche von 26 m² und bietet Sitzplätze für zwölf Passagiere und zwei Piloten. Die Sitze sind einreihig links und rechts des Ganges angeordnet. Im Heck der Gondel ist ein großes Panoramafenster eingebaut. Beim Passagiertausch zwischen zwei Rundflügen werden immer zwei Passagiere paarweise abwechselnd von und an Bord gebracht, um das Gewicht des Schiffes während dieses Vorganges nicht zu stark zu verändern.

Flugleistungen

Der Zeppelin NT 07 erreicht theoretisch Geschwindigkeiten von bis zu 125 km/h, fliegt üblicherweise in einer Höhe von etwa 300 Metern und kann auf maximal 2600 Meter steigen. Er hat eine Reichweite von etwa 900 Kilometern. Start und Landung können senkrecht und mit geringem Personaleinsatz von nur drei Mann erfolgen. Dazu wird ein Ankermast verwendet, der sich in der Regel auf einem LKW befindet. Das Luftschiff kann damit auch geschleppt werden. Die für Touristenflüge übliche Geschwindigkeit von etwa 70 km/h kann allein durch den Einsatz des Heckmotors erreicht werden. Das derzeitige (Stand Mitte 2005) maximale Startgewicht beträgt 8040 kg, bei einer Zuladung von 1900 kg.

Tragstruktur

Das Modell NT 07 verfügt innerhalb der Hülle auf der gesamten Länge des Schiffes über eine aus zwölf Kohlenstofffaser-Dreiecken bestehende Trägerstruktur, die mit drei Aluminium-Längsträgern verbunden sind. An ihr sind Triebwerke, Gondel und Leitwerk befestigt. Die Tragstruktur wiegt nur etwa 1000 kg und ist zusätzlich durch Aramid-Seile verspannt.

Hülle

Bei den historischen Zeppelinen waren die Gaszellen und die Hülle getrennt. Beim Zeppelin NT bildet die Hülle auch gleichzeitig die einzige Gaszelle. Ihr Volumen beträgt beim NT 07 8225 m³ bei einer Länge von 75 und einem Durchmesser von 14,2 Metern. Sie besteht aus einem dreischichtigen Laminat und ist mit Helium gefüllt. Die erste Schicht aus Tedlar (PVF) ist gasdicht, während die zweite Schicht aus Polyestergewebe der Hülle die notwendige Festigkeit verleiht. Die dritte Schicht besteht aus Polyurethan, ist thermisch schweißbar und dient zum Verbinden der einzelnen Hüllen-Laminat-Bahnen. Zum Erhalt der äußeren Form steht die Hülle unter einem leichten Überdruck des Traggases von etwa 5 mbar. Dieser Überdruck wird wie bei Prallluftschiffen durch Ballonetts mit einem Gesamtvolumen von bis zu 2200 m³ konstant gehalten. Die Hülle wurde bzw. wird von ILC Dover, einem US-amerikanischen Unternehmen, entwickelt und gefertigt. Trotz der Tedlar-Schicht diffundiert immer noch ein geringer Anteil des Heliums durch den Hüllenstoff. Die Klebefolien, mit denen die Schiffe farblich gestaltet werden und die je nach Wunsch des Werbe-Kunden aufgebracht werden, sind daher perforiert, um Blasenbildung unter den Folien und deren Ablösung zu verhindern. Die Werbung kann auch in Form großer Banner an der Hülle angebracht werden.

Antrieb und Steuerung

perforiert Mit seinen drei 5,9-Liter-Vierzylinder-Boxermotoren vom Typ Textron Lycoming IO-360 mit einer Leistung von je 147 kW und den schwenkbaren Luftschrauben verfügt der Zeppelin NT über sehr gute Manövriereigenschaften. Die Motoren sind nicht mehr wie bei früheren Zeppelinen umsteuerbar (vorwärts- und rückwärts laufend), sondern verfügen über Verstellpropeller zur Schubregelung und -umkehr. Die beiden seitlichen Motoren sind mit Zugpropellern ausgerüstet, die um 120 Grad von der Horizontalen nach oben bzw. leicht nach hinten geschwenkt werden können. Der Heckmotor arbeitet mit einem Druckpropeller, welcher um 90 Grad nach unten schwenkbar ist. Zusätzlich verfügt er über einen seitlich wirkenden Lenkpropeller, der ähnlich wie ein Querstrahlruder bei Schiffen funktioniert. Das Heckleitwerk besteht im Gegensatz zu früheren Zeppelinen nur noch aus drei Flossen, die in einem Winkel von je 120° zueinander angeordnet sind. Die daran angebrachten Ruder werden durch das Flugsteuerungssystem entsprechend der geforderten Höhen- und Seitenruderfunktion angesteuert. Der Pilot steuert den Zeppelin NT über Fly-by-Wire-Technik mit einem Joystick, der Bewegungen in allen drei Raumrichtungen ermöglicht.

Rekorde

Der Zeppelin NT 07 ist seit seinem Erstflug das größte aktive Luftschiff der Welt (Stand Ende 2005). Am 27. Oktober 2004 stellte der amerikanische Milliardär und Abenteurer Steve Fossett, nachdem er im Herbst 2004 als 14. Pilot die Lizenz zum Führen eines Zeppelin NT erworben hatte, mit dem ersten gebauten Schiff D-LZFN „Friedrichshafen“ einen neuen FAI-Geschwindigkeitsweltrekord für alle Luftschiffklassen auf (einige ältere Rekorde sind nicht von der FAI anerkannt). Er durchflog eine 1000-m-Messstrecke in beiden Richtungen mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 111,8 Kilometern in der Stunde. Der alte Rekord eines Lightship A-60+ vom 19. Januar 2000 lag bei 92,8 Kilometern in der Stunde.

Ausblick

Die Konstruktionweise des derzeitigen NT-07-Typs erlaubt es der ZLT vergrößerte Versionen anzubieten, ohne Änderungen an der Grundkonzeption der Luftschiffe vornehmen zu müssen. Das Konzept für eine vergrößerte Variante wird bereits seit Mitte 2004 untersucht. Im Februar 2005 gab die ZLT bekannt, dass mit der Entwicklung des größeren Typs begonnen wird. Er soll sich im Gegensatz zum bereits bestehenden Modell NT 07 Zeppelin NT 14 nennen, wobei die 14 für ein Volumen von etwa 14 000 Kubikmetern steht. Die Passagierkapazität soll 19 Personen mit 2 Piloten und einem Flugbegleiter betragen. Die Abmaße werden etwa bei einer Länge von 85 m und einem durchmesser von 16 m liegen. Bauwerft wird Friedrichshafen sein, wo durch den Verkauf des „Bodensee“ nach Japan wieder ein Platz in der Zeppelin-Luftschiffhalle frei ist. Die Musterzulassung durch die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) soll durch Aufbau auf die des Zeppelins NT 07 vereinfacht werden. Der kommerzielle Betrieb ist für Ende 2008 anvisiert (Stand 2005). Das neue Modell sollen auch den finanziell lohnenden Betrieb der Zeppeline ermöglichen und deutlich höhere Renditen erwirtschaften als die kleineren Zeppelin NT 07-Modelle Zugleich wurde durch das Projekt „Zeppelin Europe Tours“ unabhängig von der Firma Zeppelin bereits ein nochmals deutlich größerer Zeppelin NT (50 000 Kubikmeter) spezifiziert, der für Städtetouren und Streckenflüge auf einem Rundkurs zwischen europäischen Städten mit rund 45 Passagieren eingesetzt werden könnte.

Literatur


- Rolf Zimmermann: Aufsteigen mit dem neuen Zeppelin NT, Stadler, Juni 2003, ISBN 3797704887
- Wolfgang Meighörner: Giganten der Lüfte, K. Müller Vlg., Erlangen 1996, ISBN 3860705954

Siehe auch


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