Luftmedium

Luftmedium bezeichnet in der Physik und Technik das gasförmige Medium der Erdatmosphäre, das als Träger von Schall, Wärme und Strömung dient. Als Gasgemisch folgt Luft weitgehend den Beziehungen idealer Gase unter vielen praktischen Bedingungen und zeigt charakteristische Abhängigkeiten von Temperatur, Druck und Feuchtigkeit.

Zusammensetzung und Zustand: Luft besteht überwiegend aus Stickstoff (ca. 78 %) und Sauerstoff (ca. 21 %), mit Spuren von Argon, Kohlendioxid, Neon, Helium und Wasserdampf. Unter normalen Bedingungen (1013 hPa, ca. 20 °C) besitzt Luft eine Dichte von rund 1,2 kg/m³, eine dynamische Viskosität von ca. 1,8×10^-5 Pa·s und cp ≈ 1005 J/(kg·K). Die Dichte nimmt mit steigender Temperatur oder sinkendem Druck ab. Die Ausbreitung von Schall liegt bei 20 °C bei etwa 343 m/s. Luft verhalten sich grob wie ein kompressibles, Newtonsches Fluid; die Geschwindigkeit von Schall lässt sich durch c = sqrt(γRT/M) oder c = sqrt(γp/ρ) beschreiben, wobei γ ≈ 1,4 ist.

Dynamik und Anwendungen: Luft wird in der Aerodynamik, Meteorologie, Akustik und HLK-Technik als Medium für Strömung, Energieübertragung und Wärmeleitung genutzt. Größen wie Druck, Dichte und Geschwindigkeit bestimmen Reynolds-, Mach- und Nusselt-Zahlen, die Strömungscharakteristik und Wärmeübergang charakterisieren. Die Luftfeuchtigkeit beeinflusst Dichte, Schallgeschwindigkeit und Wärmeleitfähigkeit.

Grenzen und Variabilität: Luft ist kein überall identisches Medium; sie variiert mit Höhe, Temperatur, Feuchte und Staub. In vielen Anwendungen wird Luft als ideales Gas modelliert, wobei Abweichungen bei hohen Drücken, tiefen Temperaturen oder feuchter Umgebung berücksichtigt werden müssen.