Umrechnung von 2 Gigapascal in Nanopascal

Informationen über Gigapascal (GPa)

Das Gigapascal ist eine Druckeinheit von einer Milliarde Pascal, geschrieben GPa. Es sind tausend Megapascal und zehntausend Bar. Es ist die Einheit, in der die Werkstoffkunde Steifigkeit statt Festigkeit angibt und in der die Drücke im Inneren von Planeten und in Hochdrucklaboratorien beschrieben werden.

Der Elastizitätsmodul ist ihr Hauptgebrauch. Stahl hat einen Elastizitätsmodul von etwa 200 Gigapascal, Kupfer 117, Aluminium 70, gewöhnliches Glas 70, Beton rund 30, Holz in Faserrichtung 10 bis 15 und Gummi weniger als ein Zehntel eines. Diese Zahlen beschreiben, wie stark sich ein Werkstoff unter Last dehnt, nicht wann er bricht, und sie erklären, warum ein Stahlträger gleicher Festigkeit wie ein Aluminiumträger sich dennoch weniger durchbiegt.

Der Diamant markiert die Spitze der gewöhnlichen Skala. Sein Modul von rund 1200 Gigapascal ist der höchste aller natürlichen Werkstoffe, und deshalb macht man aus ihm Ambosse für Hochdruckarbeit: Nichts sonst kann so hart drücken, ohne sich zuerst zu verformen. Synthetischer Diamant wird großtechnisch bei etwa fünf Gigapascal und hoher Temperatur erzeugt, in Pressen, die eigens für diesen Druck gebaut sind.

Das Erdinnere wird in derselben Einheit beschrieben. Der Druck an der Basis der Kruste liegt bei rund einem Gigapascal, an der Grenze zwischen Mantel und Kern bei etwa 136 und im Mittelpunkt des Planeten bei ungefähr 360. Diamantstempelzellen im Labor erreichen und überschreiten heute den Zentralwert, sodass sich das Verhalten von Eisen und Silikaten unter planetaren Bedingungen unmittelbar untersuchen statt erschließen lässt.

Zum Vergleich übt der tiefste Punkt des Ozeans nur etwa 0,11 Gigapascal aus. Diese Gegenüberstellung lohnt das Behalten, denn sie zeigt, wie viel größer geologische Drücke sind als alles, was mit Wasser zu tun hat: Der Grund des Marianengrabens ist ein Tausendstel des Drucks im Erdmittelpunkt.

Unter dem Gigapascal beschreibt das Megapascal die Festigkeit, darüber bleibt kaum etwas außer Sternphysik und Theorie. Das Terapascal erscheint hauptsächlich beim Elastizitätsmodul von Kohlenstoffnanoröhren und im Inneren von Riesenplaneten, sodass das Gigapascal praktisch die Obergrenze des Bereichs ist, in dem Laboratorien und Ingenieurwesen arbeiten.

Ein Gigapascal entspricht 1 000 000 000 Pascal, 1000 Megapascal, 10 000 Bar oder rund 145 000 Pfund je Quadratzoll.

Informationen über Nanopascal (nPa)

Das Nanopascal ist eine Druckeinheit von einem Milliardstel Pascal. Sein Zeichen ist nPa. Es markiert das ferne Ende der Druckskala, jenen Bereich, in dem der Gedanke des Drucks als Schub auf eine Fläche seinen Nutzen verliert und zu einer Aussage darüber wird, wie wenige Teilchen vorhanden sind.

Die deutlichste Heimat der Einheit ist das extrem hohe Vakuum. Gewöhnliches Laborvakuum reicht bis zu Millipascal; das Ultrahochvakuum, in der Oberflächenphysik und in den Strahlrohren der Teilchenbeschleuniger gebraucht, reicht bis zu Mikropascal. Darunter liegt das extrem hohe Vakuum bei Nanopascal und tiefer, und es zu erreichen verlangt eine dichte Kammer, stundenlanges Ausheizen bei zweihundert Grad, um Gas aus dem Metall selbst zu treiben, und Pumpen, die Moleküle einfangen statt sie zu schieben.

Bei solchen Drücken ist eine Kammer nicht leer. Ein Nanopascal enthält immer noch etwa eine Viertelmillion Moleküle je Kubikzentimeter, was sehr viel klingt, bis man es mit den fünfundzwanzig Trillionen im selben Rauminhalt Zimmerluft vergleicht. Nicht die Zahl zählt, sondern die mittlere freie Weglänge: Ein Molekül legt nun Tausende Kilometer zurück, bevor es auf ein anderes trifft, und schlägt daher längst an die Wand, ehe es einen Nachbarn findet.

Genau darum geht es. Die Oberflächenforschung braucht eine Probe, die für die Dauer eines Versuchs sauber bleibt, und bei gewöhnlichem Druck bedeckt sich eine frische Fläche in etwa einer Nanosekunde mit einer Schicht angelagerten Gases. Bei einem Nanopascal bleibt dieselbe Fläche tagelang sauber. Das Vakuum ist nicht da, um Luft zu entfernen, sondern um Zeit zu erkaufen.

Der Weltraum liefert den natürlichen Vergleich. Die niedrige Erdumlaufbahn liegt bei etwa einem Mikropascal, noch dicht genug, dass die Lufthülle Satelliten bremst und sie schließlich herabzieht. Der interplanetare Raum zählt in Nanopascal. Der interstellare Raum liegt weit tiefer, bei etwa einem Femtopascal, das keine irdische Pumpe je erreicht hat: Die besten Laborvakua sind noch immer dichter als der Raum zwischen den Sternen.

Der Strahlungsdruck landet in ähnlichem Gebiet. Sonnenlicht auf einer vollkommen aufnehmenden Fläche übt im Erdabstand etwa 4,5 Mikropascal aus, und im Abstand der äußeren Planeten sinkt er auf Nanopascal. Sonnensegel arbeiten mit diesen Zahlen, weshalb sie riesig und leicht sein müssen, um eine brauchbare Kraft zu sammeln.

Ein Nanopascal entspricht 0,000000001 Pascal, 0,001 Mikropascal, 1000 Pikopascal oder rund 0,000000000000145 Pfund je Quadratzoll.