luftdruckmessung

Viele Leute kennen Luftdruckdarstellungen von Wetterkarten aus der Zeitung oder besitzen einen Barometer. Doch was ist der Luftdruck physikalisch gesehen, und wie wird er gemessen?

Die Erdoberfläche befindet sich am Grund eines „Meeres aus Luft“, das wir Atmosphäre nennen. Über uns befindet sich eine Luftschicht von einigen hundert Kilometern Mächtigkeit. Ihre Masse, das heißt ihr Gewicht, ist für den Luftdruck am Boden verantwortlich. Berechnet wird er aus der Gewichtskraft einer gedachten Luftsäule, deren Höhe der vertikalen Mächtigkeit der Atmosphäre entspricht, dividiert durch die Säulengrundfläche. In der Meteorologie wird der Luftdruck zumeist in Hektopascal (abgekürzt: hPa) angegeben.

Es gibt verschiedene Methoden, den Luftdruck zu bestimmen. Weit verbreitet ist die Messung mittels eines sogenannten Aneroidbarometers. Es besteht aus einer elastischen und weitgehend luftleer-gepumpten Metalldose. Der Luftdruck drückt sie je nach dessen Höhe mehr oder weniger stark zusammen. Ein vollständiges Zusammenpressen verhindert eine Feder im Inneren der Dose. Die Bewegungen der Dose bei steigendem oder fallendem Luftdruck können mechanisch auf einen Zeiger übertragen werden, der dabei über eine Skala streicht. So funktionieren prinzipiell die typischen Barometer, die man von zu Hause kennt.

An den Stationen der Wetterdienste, wo höhere Anforderungen in Bezug auf Genauigkeit und Fehlerarmut gelten, kommen klassischerweise Quecksilberbarometer zum Einsatz. Das auf den italienischen Physiker Torricelli zurückgehende Messgerät besteht prinzipiell aus einem oben geschlossenen und mit Quecksilber gefüllten Glasrohr, das mit seiner offenen Seite in ein Gefäß taucht (siehe Abbildung), in dem sich ebenfalls Quecksilber befindet. Im oberen Teil des Rohres stellt sich ein Vakuum (Unterdruck) ein, während auf die Quecksilberoberfläche im offenen Gefäß der Luftdruck der Umgebung wirkt. Die Druckdifferenz zwischen außen und innen sorgt dafür, dass sich der Glaszylinder nicht vollständig entleert, sondern eine Säule Quecksilber darin verbleibt. Ihre Höhe wird an einer Skala abgelesen und daraus der Luftdruck bestimmt.

Bei einem Luftdruck von 1000 hPa besitzt die Quecksilbersäule eine Höhe von 75 cm. Bei Verwendung von Wasser, das eine deutlich geringere Dichte besitzt, wären es 10 Meter!  Ein wichtiger Grund, warum man nicht etwa Wasser als Füllstoff benutzt. Heutzutage arbeiten die meisten Wetterstationen automatisch, das heißt ohne ständig anwesendes Personal. Daher sind Quecksilberbarometer, die manuell abgelesen werden müssen, aus der Mode gekommen. So setzt man an den meisten Wetterstationen ebenbürtige elektronische Messgeräte ein. Häufig kommen kapazitive Fühler zum Einsatz. In Abhängigkeit vom Luftdruck variiert dabei der Plattenabstand eines Kondensators, wodurch sich dessen wichtigste elektrische Eigenschaft verändert, nämlich seine Kapazität.

Mittwoch, 17. Juli 2019

Dipl.-Met. Rainer Behrendt

ARD-Wetterredaktion

Sendung: "alle wetter!", hr-fernsehen, 17.07.2019 19:15 Uhr