In einem vorherigen Kapitel haben wir uns mit der Dichte von Wasser und von Öl beschäftigt. Dabei haben wir erkannt, dass die Dichte von Wasser ein physikalisches Phänomen aufweist, dass bekannt ist unter dem Begriff “(Dichte)Anomalie von Wasser”. In diesem Kapitel wollen wir die Dichte von Luft betrachten und berechnen:
Die Dichte von Luft kann mit Hilfe diverser Versuche bestimmt werden, rechnerisch ist es etwas komplizierter, die Luftdichte zu ermitteln. Dies liegt zum einen daran, dass die Luft ein Stoffgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff (sowie Kohlenstoffdioxid und weiteren Edelgasen). Zudem ist die genaue Zusammensetzung der Luft als Gemisch (v.a. in den Edelgasen) variabel. Zum anderen ist die Dichte der Luft extrem Temperatur- und druckabhängig, was eine Berechnung der Luftdichte erschwert.
Wie auch bei anderen Dichten ist die Luftdichte der Quotient aus Luftmasse und Volumen. Laut der SI-Vorgabe ist die Einheit der Dichte “kg/m³”, dennoch wird bei der Luft oft eine andere Einheit verwendet, da die Luft eine sehr geringe Dichte hat. Bei der Berechnung der Luftdichte (die Temperatur und druckabhängig ist) muss zudem beachtet werden, dass es sich um “trockene” Luft handelt (=> bereits hier der Hinweis auf das Fach Chemie: bei gleichem Druck und Temperatur hat feuchte Luft eine geringere Dichte als trockene Luft. Ein Grund liegt darin, dass ein Wassermolekül eine geringere (molare) Masse hat Stickstoff).
Aufgrund von einer Vielzahl von Untersuchungen kann man für die Berechnung der Luftdichte folgende Formel verwenden (in die Formel gehen wie erwartet der Luftdruck, die Temperatur und die “Zusammensetzung” der Luft ein):
Luftdichte = Luftdruck: (Gaskonstante für trockene Luft · Temperatur in Kelvin)
Die Gaskonstante für trockene Luft beträgt 287 J/(kg · K)
Beispiel: trockene Luft bei zwei verschiedenen Temperaturen
Wie wir sehen, ist die Luftdichte stark temperaturabhängig. Bei Bedingungen in einem normalen Raum liegt also die Luftdichte bei etwa 1,2 kg/m³- D.h wir haben eine Masse von 1,2 kg Luft auf ein Volumen von 1 m³.