Gase unterscheiden sich von Flüssigkeiten und Feststoffen dadurch dass sie kompressibel sind. Während sich Flüssigkeiten und Feststoffe sich selbst unter hohem Druck kaum zusammendrücken (komprimieren) lassen.

Das kann man leicht mit folgenden Experimenten¹⁾ ausprobieren:

Während man die Spritze, die mit Luft gefüllt ist - die beiden linken Zeichnungen im Bild - zusammendrücken kann, gelingt das mit der rechten Spritze, die mit Wasser gefüllt ist, nicht.

Man nehme eine leere dünne Plastikflasche und verschließe sie. Das gleiche macht man mit einer zweiten Flasche. Diese füllt man vollständig mit Wasser und verschließt sie dann.

Die Flasche mit der Hand zusammen zu drücken.

Jetzt erhöht man den Außendruck. Die mit Luft gefüllte Flasche wird zusammengedrückt, die mit Wasser gefüllte Flasche behält ihre Form.

Die Druckerhöhung kann man auf verschiedene Weise bewerkstelligen. Man könnte bei einer Ballonfahrt vor dem Abstieg die Flaschen verschließen, oder auch auf einem Berg.

Oder man läßt die Flaschen im Schwimmbecken nach unten sinken.

Wobei ein Höhenunterschied von 5 Metern im Wasser den gleichen Druckunterschied bewirkt wie der Höhenunterschied in der Atmosphäre von Meereshöhe 0m/msl auf 5500m/msl.

• Ein Behälter der mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllt ist und dem inneren Überdruck nicht mehr standhält, würde bersten und es käme zu einer explosiven Dekompression. Deshalb werden Druckbehälter zur Druckprüfung mit Wasser gefüllt, und da Wasser nicht kompressibel ist, der Überdruck beim Bersten schlagartig weg ist, und es damit auch keine Druckwelle in die Umgebung gibt.
• Flüssiggaszylinder immer eine Gaspolster über dem flüssigen Propan haben müssen, dass eine Ausdehnung des flüssigen Propan durch Erhöhung der Temperatur ausgleichen kann, ohne dass deswegen der Druck in der Flasche steigt. Gäbe es dieses Gaspolster nicht, würde der Kompressionsdruck extrem rasch ansteigen, und es würde das Überdruckventil der Flasche öffnen. Zwar führt eine Temperaturerhöhung auch wenn ein Gaspolster vorhanden ist, zur Erhöhung des Druckes in der Flasche, aber nicht des Kompressionsdruckes sondern des Dampfdrucks wie bei einem Dampfkochtopf. Übrigens, hat jetzt zwar nichts mit Ballonfahren zu tun, aber auch einen Dampfkochtopf füllt man nicht vollständig mit Wasser.
• Dadurch dass Gase kompressibel sind, lässt sich durch Druckerhöhung mehr Gas oder Gasgemisch in einem Druckbehälter lagern.

Druck mal Volumen gleich Konstant (P x V = konstant)

Das bedeutet, verdopple ich den Druck, halbiert sich das Volumen.

Überall wo Gase komprimiert gespeichrt werden, kann man mit Druck mal Volumen den Inhalt berechnen:

Wenn ein Wasserstofftank ein Volumen von 73 Kubikmetern hat, und der Druck maximal 42 bar beträgt, dann enthält er 42×73 Kubikmeter = 3066 Kubikmeter bei 1 bar (entsprechend 1000hPa).

Wenn eine 5 Liter Sauerstoffflasche 200 bar anzeigt, dann enthält sie 200×5 Liter = 1000 Liter Sauerstoff bei einem Druck von 1 bar. Ob das auch die nutzbare Menge ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum einen der Minimaldruck der im Behälter verbleiben muss, damit der Behälter keine Luft aus der Umgebung ansaugen kann, was besonders bei brennbaren Gasen gefährlich werden könnte. Dann hängt es natürlich vom aktuellen Außendruck ab, und auch von der adiabatischen Abkühlung bei der Entnahme des Gases.

Hinweis: Früher gab es die Bezeichnung ATÜ für Druck der ab dem Druck der umgebenden Luft gezählt wurde. Auch die Druckmesser an den Druckbehältern geben meistens nicht den absoluten Druck an, sondern den Überdruck. Zeigt ein so eingestellter Druckmesser NULL an, dann ist im Behälter kein Vakuum, sondern der Restdruck entspricht dann dem Umgebungsdruck.

Auch hier gilt, fülle ich die doppelte Menge, das heißt doppelte Masse Luft in den Reifen, verdoppelt sich auch dessen Druck.

Auch das Traggas der Gasballone und die Luft in der Hülle der Heißluftballone ist in Abhängigkeit von der Höhe und damit des Umgebungsdruckes in der sich der Ballon befindet, unterschiedlichen Drücken ausgesetzt. Im Bild unten ein Gasballon links mit etwa 1000 Kubikmetern Wasserstoff gefüllt, rechts nach einem Abstieg aus etwa 5800 Metern mit noch etwa 500 Kubikmetern Wasserstoff gefüllt.

Die Wirkung des abnehmenden Luftdrucks veranschaulich auch das Experiment mit der Spritze als Mini-Druckkammer.

Der Kolben der Spritze ist teilweise herausgezogen. Im Raum der dadurch in der Spritze frei ist, befindet sich ein Luftballon. Der Ausgang der Spritze wird verschlossen, im Video durch den Finger, man könnte auch einen Hahn verwenden. Wird jetzt der Kolben weiter herausgezogen, dann sinkt der Luftdruck in der Spritze und der Ballon bläht sich auf. Umgekehrt verkleinert sich das Volumen, wenn der Kolben in die Spritze gedrückt wird, da dann der Luftdruck steigt.

Wenn sich das Volumen vergrößert, und damit der Druck abnimmt, reduziert sich nicht nur der Druck, sondern auch die Dichte des Gases. Das ist ein Faktor, der bei der Berechnung des Auftriebs und der Tragkraft eine Rolle spielt.

Auch für die Höhenmessung spielt der Druckverlauf in der Atmosphäre eine Rolle. Ein Höhenmesser misst den Druck und ordnet dann dem Druck eine Höhe zu. Welcher Druck einer bestimmten Höhe entspricht wurde von der internationalen Zivilluftfahrtbehörde ICAO in der Standardatmosphäre festgelegt.

Was ist der für den Druckverlauf in der Atmosphäre verantwortliche Unterschied zwischen Gasen und Flüssigkeiten?

Dichte ist Masse pro Volumen. Wie verhält sich die Dichte eines Gases, das komprimiert wird?

Ist eine Gasflasche, in der sich Wasserstoff unter einem Druck von 200bar befindet, leichter oder schwerer als diesselbe Flasche, wenn sich Wasserstoff unter einem Druck von 50bar darin befindet?

Antwort-Formular zu Gaslehre - Druck