Wasserdampf

h-s-Diagramm

Wasserdampf bezeichnet

1. den gasförmigen Aggregatzustand des Wassers.

Bei normalem atmosphärischem Druck kocht und verdampft Wasser bei 100 °Celsius. Wasserdampf bildet sich aber gemäß dem Dampfdruck des Wassers auch schon bei niedrigeren Temperaturen.

2. in der Technik auch ein Gemisch aus gasförmigem Wasser und feinsten Wassertröpfchen (Nebel).

Der Übergang zwischen Wasser und Wasserdampf hat bei jeder Temperatur einen zugeordneten Druck: Bei 100 °C ist das 1 bar, bei 200 °C ist das 15,5 bar, bei 300 °C bereits 85,9 bar. Eine gute Näherung für die Temperaturabhängigkeit des Wasserdampfdruckes ist die Magnus-Formel (Nach H.G. Magnus, 1844; mit neuen Daten aus Allgemeine Meteorologie Nr. 1, DWD):

P_{\mathrm {d} }=C_{1}\exp \left({\frac {C_{2}\theta }{C_{3}+\theta }}\right)\ ;

mit der Temperatur θ in °C und den Koeffizienten

C_{1}=610{,}78\,\mathrm {Pa} \ ,

C_{2}=\left\{{\begin{matrix}17{,}08085&{\mbox{falls }}\theta \geq 0\,{}^{\circ }\mathrm {C} \\17{,}84362&{\mbox{falls }}\theta <0\,{}^{\circ }\mathrm {C} \end{matrix}}\right.\ ,\quad C_{3}=\left\{{\begin{matrix}234{,}175\,{}^{\circ }\mathrm {C} &{\mbox{falls }}\theta \geq 0\,{}^{\circ }\mathrm {C} \\245{,}425\,{}^{\circ }\mathrm {C} &{\mbox{falls }}\theta <0\,{}^{\circ }\mathrm {C} \end{matrix}}\right.

Diese Formel ist auf 0,22% genau im Bereich zwischen 0 und 100 °C sowie auf 4,3% zwischen -20 und 374 °C (maximaler Fehler bei 290 °C), wobei die Fehler mit Bezug auf die Tabellen in Meyers Rechen Duden (1965) angegeben sind.

In dieser Temperatur-Druck-Konstellation heißt der Dampf Sattdampf oder auch Nassdampf wegen der bei der Verdampfung mitgerissenen Wassertröpfchen. Das hier beschriebene Verhältnis besteht weiter bis zum kritischen Punkt bei 374 °C und 220 bar. Oberhalb dieser Temperatur ist kein flüssiges Wasser mehr möglich; in diesem Temperaturbereich ist der Wasserdampf gasförmig und wird überkritisch genannt. Unterhalb dieses Punktes ist der Wasserdampf unterkritisch, wird er in diesem Bereich über seine Verdampfungstemperatur weiter erwärmt, so entsteht überhitzter Dampf oder Heißdampf. Diese Form des Dampfes beinhaltet keinerlei Wassertröpfchen mehr und ähnelt in seinem physikalischem Verhalten mehr einem Gas.

Heißdampf ist eigentlich unsichtbar, da er bei Kontakt mit der Umgebungsluft aber unmittelbar zu Nassdampf in Form von feinen Wassertröpfchen kondensiert, ist er scheinbar doch sichtbar.

Das Wasser dehnt sich bei 100°C mit dem Dampf auf das etwa 1700-fache Volumen aus, das es zuvor in flüssigem Zustand hatte. Bei einem weiteren Überhitzen des Dampfes auf 250 °C steigt das Volumen auf das 2450-fache, wobei der ursprüngliche Verdampfungsdruck von 1 bar erhalten bleibt. Diese Ausdehnung kann in einer Dampfmaschine oder in einer Dampfturbine in mechanisch nutzbare Arbeit umgewandelt werden.

Wasserdampf wird eingesetzt

in der Antriebstechnik bei Dampfmaschinen und Dampfturbinen
zu verschiedenen Zwecken, bei denen Druck und Wärme gebraucht werden, z.B. zur Reinigung,
in der Medizin unter anderem bei der Inhalation zur Heilung, etwa von Husten,
in der Küche zur schnellen und schonenden Zubereitung von Lebensmitteln mittels Dampfdruckgaren

Das Mollier-Diagramm beschreibt den Aggregatzustand von Wasserdampf in Abhängigkeit von Temperatur, Druck, Dichte, Enthalpie und der Entropie.

Literatur-Quellen

Allgemeine Meteorologie Nr. 1, Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes, Offenbach, 1987
Meyers Rechen Duden, Bibliographisches Institut, Mannheim, 1965

Weblinks

Zustandsdiagramme für Wasser und andere Flüssigkeiten
Ein Mollier-Diagramm speziell für Wasserdampf