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Dieser Artikel behandelt den Dampfdruck in der Meteorologie. Für den Dampfdruck in der Chemie siehe den Artikel Sättigungsdampfdruck. |
Der Dampfdruck ist allgemein ein spezieller Gasdruck, wird jedoch je nach Fachgebiet unterschiedlich definiert.
Begriffsabgrenzung
Jedes Gasgemisch übt einen hydrostatischen Druck, beispielsweise den Luftdruck, auf seine Umgebung aus. Dieser Gesamtdruck setzt sich nach dem Dalton-Gesetz aus der Summe der Partialdrücke jeder der Komponenten des Gasgemisches zusammen. Handelt es sich um ein reines Gas, also eine einzige Komponente, so ist dessen Partialdruck folglich auch identisch mit dem Gesamtdruck.
In der Chemie versteht man nun unter einem Dampfdruck den Partialdruck eines gesättigten Gases. Dieser steht mit der flüssigen/festen Phase des Stoffes im thermodynamischen Gleichgewicht und ist identisch mit dem Druck der Dampfdruckkurve im Phasendiagramm des Stoffes. In der Meteorologie versteht man hierunter jedoch lediglich den Partialdruck des Gases selbst und dabei in der Regel den des Wasserdampfes. Man bezeichnet hierbei des weiteren den maximalen Dampfdruck, welcher bei einer Sättigung herrscht, als Sättigungsdampfdruck, was identisch zur Definition des Dampfdruckes in der Chemie ist. Es muss berücksichtigt werden, dass diese Doppeldefinition nicht wie hier vereinfacht skizziert scharf nach Fachbereichen und Anwendungsfeldern abgegrenzt werden kann, weshalb diese oft Missverständnisse und Widersprüche hervorruft.
Berechnung
Der Dampfdruck nach obiger Definition kann durch Umstellung der Zustandsgleichung idealer Gase mit folgender Formel näherungsweise berechnet werden:
Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
- e - Dampfdruck
- ρi - Dampfdichte
- Ri - individuelle Gaskonstante
- T - Temperatur
Über einer festen Phase ist der Dampfdruck geringer ist als über einer flüssigen Phase gleicher Temperatur. Bei gleichzeitigem Vorhandensein beider Phasen wächst daher der Anteil des Feststoffes auf Kosten der Flüssigkeit. Dies liegt darin begründet, dass die stärkere Bindung der Teilchen im Feststoff und die daraus resultierende Schmelzwärme im Falle der Sublimation, also des Phasenübergangs fest-gasförmig, zusätzlich überwunden bzw. aufgebracht werden muss. Dies hat zur Folge, dass es leichter und damit häufiger zur Verdunstung bzw. Verdampfung von Teilchen der flüssigen Phase kommt als zur Sublimation von Teilchen über der festen Phase. Es sind also über der Flüssigkeit mehr Teilchen im gasförmigen Zustand anzutreffen als über dem Feststoff, was den Dampfdruck lokal erhöht und zum Anwachsen der festen Phase führt.
Wasserdampfdruck in der Meteorologie
In der Meteorologie wird unter der Bezeichnung Dampfdruck meist der Dampfdruck des Wasserdampfs (Wasserdampfdruck) und somit sein Partialdruck verstanden. Die individuelle Gaskonstante für Wasserdampf beträgt 461,5 J/(kgK). Die Dampfdichte entspricht der absoluten Luftfeuchtigkeit. Da der Wasserdampfpartialdruck nur einen kleinen Teil des Luftdrucks ausmacht, ergibt sich nur nach einem recht langen Zeitraum ein thermodynamisches Gleichgewicht, wodurch wesentliche Untersättigungen in der Atmosphäre möglich sind, ohne dass das vorhandene flüssige Wasser sofort siedet. Aus diesem Grund und der hohen Dynamik in der Atmosphäre sind thermodynamisch stabile Zustände in der Regel selten oder nur kurz anzutreffen, besonders in sehr wetteraktiven Zonen der Erdatmosphäre.
Aufgrund des lokal relativ höheren Dampfdrucks über der flüssigen Phase (siehe oben) wachsen bei gleichzeitigem Vorhandensein von Wasser und Eis in einer Wolke die Eispartikel auf Kosten der Wassertröpfchen.