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Flüssigkeiten/Gase

Während man mit festen Körpern Druck- und Zugkräfte übertragen kann, ist mit
Flüssigkeiten und Gasen nur ersteres möglich. Da die Inkompressibilität von
Flüssigkeiten gegenüber festen Körpern im Vergleich zu Gasen in etwa gleich, in
seltenen Fällen sogar höher sein kann, werden Druckkräfte nahezu ohne
Verzögerung übertragen. Das ist bei Gasen nicht der Fall.
Den Lauf der Gestirne erklären wir uns mit Anziehungskräften zwischen Körpern. Dies
gilt aber auch für kleinste Teilchen. So haben die Moleküle einer Flüssigkeit bei
konstanter Temperatur immer den gleichen Abstand voneinander. Der Abstand von
Gasmolekülen hängt von dem möglichen Ausdehnungsraum ab. Gase werden nicht
durch sogenannte Kohäsionskräfte untereinander zusammengehalten.
Für den Zusammenhalt von gleichen Molekülen innerhalb von festen, flüssigen oder
gasförmigen Stoffen sind solche Kohäsionskräfte (cohaerere – zusammenhängen)
verantwortlich, während Adhäsionskräfte (adhaerere – anhängen) an der Oberfläche
zu Molekülen anderer Stoffe wirken. Nach unten gerichtete Kohäsionskräfte bewirken
z.B. die Oberflächenspannung bei Flüssigkeiten, Adhäsionskräfte an dem zum
Gefäßrand hin steigenden Flüssigkeitsspiegel.
Kapillare sind in Flüssigkeiten getauchte Röhrchen möglichst kleinen Durchmessers,
mit denen diese meist von allein etwas aufsteigen, so wie sie auch einen erhöhten
Oberflächenrand bilden. Sind z.B. beim Weichlöten zwei Kupferrohre ziemlich
passgenau ineinander gefügt, braucht man das flüssige Lötzinn nur an den Rand zu
bringen und es verteilt sich von selbst relativ gleichmäßig in den engen Spalt zwischen
beiden Rohren, auch es dafür nach oben steigen muss.
Wer den Horizont z.B. am Meer als schnurgerade empfindet, muss sich doch belehren
lassen, dass er der Erdkrümmung nachempfunden ist. Das liegt an der
Erdanziehungskraft jedes einzelnen Flüssigkeitsteilchens und die ist nun einmal auf
den Erdmittelpunkt gerichtet. Rein theoretisch ist sogar die Oberfläche in einem Glas
Wasser leicht gekrümmt.
Innerhalb des Kreislaufs einer Klimaanlage sind nur gasförmige Elemente
kompressibel. Kommt z.B. der Kompressor zu stark mit flüssigen Bestandteilen in
Berührung, drohen massive Schäden. Die Inkompressibilität von Wasser kann unter
bestimmten Umständen so groß wie die von Stahl werden. Wir betrachten also jetzt
nur den kompressiblen Teil des Kreislaufs.

Das Diagramm zeigt den Druck in Abhängigkeit von der Temperatur bei einem idealen
Gas. Werden beide miteinander multipliziert, ergeben sich die beiden Rechtecke,
passend zu ihrem jeweils oberen rechten Punkt an der Kurve. Die Rechtecke haben
immer den gleichen Flächeninhalt, egal welchen Punkt der Kurve man nimmt. Unten
die den Punkten entsprechende Kolbenstellung.
Wenn die Kolben des Kompressors den für das Gas zur Verfügung stehenden Raum
um die Hälfte verkleinern, steigt der Druck auf das Doppelte (Gesetz von BoyleMariotte). Allerdings dürfen wir bei der Berechnung nicht von 0° Celsius (32°
Fahrenheit) ausgehen, sondern müssen Druck und Temperatur immer auf die
absoluten Werte beziehen. Von 20°C (68° F) auf 50°C (122° F) bedeutet also, den
absoluten Druck (Messdruck + 1 bar) mit (273+50)/(273+20) zu multiplizieren.

Mit Druck und Temperatur kann man die Schwingungen von Molekülen jeweils um
einen bestimmten Punkt beeinflussen. Steigt die Temperatur entweder durch
Erwärmung von außen oder durch Druck, der auf ein Gasvolumen wirkt, werden die
Schwingungen stärker. Übrigens verteilt sich die Schwingungsenergie nach relativ
kurzer Zeit gleichmäßig im Raum. Man kann überall den gleichen Druck messen.
Unter dem Druck versteht man die auf eine bestimmte Fläche bezogene Kraft. Man
kann ihn also statt in Pa(scal) oder bar auch in N/cm² oder N/m² angeben. Sind also
Durchmesser eines Kompressorkolbens und Druck bekannt, kann man die Kraft
berechnen, die nötig ist, um diesen Kolben weiter hineinzudrücken. Die ist übrigens
gleich, egal ob die Kolbenoberfläche ballig oder eben ist.
Man könnte also auch eine Art Kompressor für den Flüssigkeitsbereich bauen und
dort für den nötigen Umlauf und die Druckdifferenzen sorgen. Allerdings wären die
Abdichtungs- und Wirkungsgradprobleme wesentlich größer. Es wäre eine Art
hydraulische Presse nahe dem Prinzip der Hebebühne. Voraussetzung wäre
allerdings immer noch die Anwesenheit von gasförmigen Elementen im Kreislauf, weil
sonst durch die Druckwellen Zerstörung droht.
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