Welche Faktoren beeinflussen die Luftdichte?
Dichte ist die Messung der Masse eines Materials in einem bestimmten Raumvolumen. Für einen Festkörper bleibt die Dichte konstant, auch wenn sich seine Umgebung ändert. Die Dichte eines Goldbarrens ist auf Meereshöhe, unter dem Ozean und auf dem Gipfel des Mount Everest gleich. Bei einem Gas wie Luft wird die Dichte durch Druck-, Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen beeinflusst. Änderungen der Luftdichte können die Beweglichkeit eines Objekts beeinflussen und sogar gesundheitliche Probleme verursachen.
Luft ist ein Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff und anderen Spurengasen. Die Moleküle dieser Gase bewegen sich typischerweise schnell und prallen voneinander ab. Wenn die Umgebung konstant ist, ohne dass sich Temperatur, Druck oder Luftfeuchtigkeit ändern, bleibt die Luftmasse in einem bestimmten Raumvolumen stabil. Der Wert der Luftdichte, der im Allgemeinen in Kilogramm pro Kubikmeter angegeben wird, wird berechnet und nicht direkt gemessen.
Erhöhter oder erniedrigter Luftdruck kann die Luftdichte beeinflussen. Die beiden Hauptgründe für Luftdruckänderungen sind Höhen- und Wettersysteme. Von diesen ist die Höhe die bedeutendste.
Zum größten Teil wird die Luft mit zunehmendem Luftdruck dichter. Der zusätzliche Druck drückt die Luftmoleküle näher zusammen, was zu mehr Masse im gegebenen Volumen führt. Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck ab: Die Luftmoleküle werden weniger zusammengedrückt. Diese Abnahme der Luftdichte bedeutet, dass ein Bergsteiger in großer Höhe weniger Sauerstoff bekommt, wenn er atmet. Die Lunge enthält das gleiche Volumen, aber die geringere Luftdichte bedeutet, dass im Raum weniger Sauerstoff vorhanden ist.
Die Temperatur ist der andere Hauptfaktor, der sich auf die Luftdichte auswirken kann. Wenn die Temperatur steigt, bewegen sich Luftmoleküle schneller und springen weiter auseinander. Höhere Temperaturen führen daher zu einer geringeren Luftdichte. Wenn die Luft dichter ist, zieht sie Objekte an, die sich durch sie bewegen. Zum Beispiel geht ein Golfball, der an einem heißen Tag auf einem Golfplatz auf einem Berg getroffen wird, über einen Schlag an einem kalten Tag auf Meereshöhe hinaus. Die hohe Temperatur und der niedrigere Luftdruck in großen Höhen senken zusammen die Luftdichte.
Obwohl dies nur eine relativ geringe Auswirkung hat, kann die Luftfeuchtigkeit oder die Feuchtigkeitsmenge in der Atmosphäre auch die Luftdichte verändern. Überraschenderweise führt mehr Feuchtigkeit in der Luft zu einer geringeren Luftdichte. Da die Anzahl der Moleküle konstant ist, muss die Anzahl der Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle abnehmen, wenn die Anzahl der Wassermoleküle zunimmt. Das Molekulargewicht von Wasser ist viel geringer als das von trockener Luft, deren Gewicht von Stickstoff und Sauerstoff dominiert wird. Bei hoher Luftfeuchtigkeit nimmt daher die Luftdichte aufgrund der verringerten Masse in einem gegebenen Volumen ab.