Kompression von Flüssigkeiten?
Hallo, ich habe in der Schule gelernt, dass Flüssigkeiten nicht komprimierbar sind. In der Technik werden aber große Reaktoren mit Wasser unter hohem Druck geprüft. (Festigkeitsprüfung) Woher kommt der Druck, wenn Flüssigkeiten nicht komprimierbar sind?
7 Antworten
Die Aussage, daß Flüssigkeiten "nicht komprimierbar" seien, ist eine Vereinfachung. So ähnlich wie z.B. auch die Aussage, daß die Satelliten sich auf ihren Umlaufbahnen im "luftleeren Raum" bewegen. Beides stimmt nicht wirklich, aber es stimmt hinreichend genau, um mithilfe dieser Annahmen viele Aufgaben einfacher lösen zu können.
In der angewandten Mathematik kann man ja kleine Größen als annähernd gleich Null behandeln, um durch Verzicht auf Genauigkeit komplizierte Berechnungen zu vereinfachen. Das kann viel Mühe sparen, und wenn die so berechnete Näherungslösung auch etwas daneben liegt, so hat man immerhin einen Schätzwert und weiß ungefähr, womit man es zu tun hat.
Manche kommen mit der Näherung bei ihrer Arbeit so gut zurecht, daß sie sie für die ganze Wahrheit halten oder eine genauere Erklärung ihnen jedenfalls egal sein kann. Das ist vollkommen berechtigt, und jeder von uns glaubt an mehr ungenaue Ideen, als wir je erfahren.
Aber manche Dinge beharren doch unübersehbar auf ihrem Anderssein: Erdnahe Satelliten sinken wegen der Luftreibung allmählich tiefer und stürzen irgendwann ab. Und in der Hydraulik können Fehler auftreten, weil Flüssigkeiten in Wirklichkeit doch komprimierbar sind.
https://www.spektrum.de/kolumne/der-wiedereintritt-der-iss/1912606
Wasser ist komprimierbar, nur in einem wesentlich geringeren Maß als Gase. Am Grund der Tiefseegräben ist das Wasser ca. 5 % dichter als an der Oberfläche und das sind ja nur gut 10 km oder 1000 bar.
Spezifiziert wird die Komprimierbarkeit durch das Kompressionsmodul. Es hat die Einheit Druck und gibt den Druck an, bei dem das Volumen auf Null geschrumpft wäre, wäre das Kompressionsmodul nicht auch wiederum vom Druck abhängig. Der Wert für Wasser ist 2,08 GPa bei 0,1 MPa (Normaldruck) und 2,68 GPa bei 100 MPa.
Dass man in einer Flüssigkeit einen Druck aufbauen kann, ist grundsätzlich unabhängig davon, ob sie kompressibel ist. Nur musst du um so mehr Kompressionarbeit verrichten, je kompressibler sie ist, um einen bestimmtenn Druck zu erreichen.
Es ist keine Volumenverkleinerung, sondern eine Dichteerhöhung, also mehr Masse pro Volumen.
Davon abgesehen kann man ohne komplizierte Messungen nicht unterscheiden, welchen Anteil diese Dichteerhöhung hat, und welchen Anteil die Elastizität des Behälters.
Man kann Flüssigkeiten sehr leicht unter Druck setzen, aber dabei wird das Volumen nicht kleiner.
Gerade deshalb verwendet man sie zum Abdrücken von Druckbehälter, weil das viel sicherer ist als mit einem Gas. Wenn man die Flüssigkeit dort unter Druck setzt und abschließt und es gibt auch nur eine kleine Leckage, bricht wegen der Inkompressibilität sofort der Druck zusammen. Wegen der Inkompressibilität kann eine Flüssigkeit keine Druckenergie speichern. Platzt gar der Behälter, explodiert nichts wie bei einem Gas, sondern dann fällt der Druck zusammen und das Wasser fließt einfach nur raus.
Hallo Fromme,
Flüssigkeiten sind nicht kompressibel (naja fast).
Natürlich kann auch eine Flüssigkeit unter Druck gesetzt werden. Du musst nur im Meer tauchen, dann bemerkst du den Wasserdruck. Aber das Volumen nimmt nicht ab - im Gegenteil zu Gasen.
Viel Erfolg!
Karliemeinname
Da verwechselst Du zwei ganz verschiedene Dinge: Druck und Kompression.
Zunächst sind auch Flüssigkeiten etwas komprimierbar, allerdings derart gering, dass es kaum messbar ist.
Alle Gase und selbstverständlich auch Flüssigkeiten in unserer irdischen Umgebung unterliegen einem bestimmten Druck, an der Oberfläche meistens dem herrschenden Luftdruck. Und der Druck in Flüssigkeiten verändert sich z.B. mit der Tiefe, aufgrund der Dynamik oder aufgrund hydraulischer Vorrichtungen. Das setzt keinesfalls eine Komprimierbarkeit der Flüssigkeit voraus. Die Kompression einer Flüssigkeit, soweit überhaupt vorhanden, ist die Folge des Drucks.
Zum Vergleich: Wenn ich zwei Ziegelsteine übereinander schichte, dann übt der obere Stein auf den unteren Stein eine Kraft (Gewichtskraft) aus. Deshalb muss sich der untere Stein nicht um eine messbare Größe verformen.
Meine Problem ist folgendes. Der Behälter ist voll mit Wasser und läuft über. Ich schließe der Überlauf und kann ihn trotzdem weiter mit Wasser füllen. Jetzt befinden sich mehr Wassermolekühle im Behälter als vorher. Ist das nicht sowas wie eine Volumenverkleinerung?