Umrechnung von 3 Pfund pro Quadratzoll in Nanopascal

Informationen über Pfund pro Quadratzoll (psi)

Das Pfund je Quadratzoll ist eine Druckeinheit von 6894,76 Pascal. Ihr Zeichen ist psi. Es ist die Kraft eines Pfunds verteilt auf einen Quadratzoll, und es ist die Arbeitsdruckeinheit der Vereinigten Staaten und sehr vieler weltweit verkaufter Geräte, weil so viel Hydraulik und Pneumatik nach amerikanischen Vorgaben entworfen wird.

Am vertrautesten erscheint es an Reifen. Ein Auto wird auf 30 bis 35 Pfund je Quadratzoll gefüllt, ein Fahrradreifen auf 80 und mehr, ein schwerer Lastwagen auf rund 100. Da Druck und Aufstandsfläche zusammen das Fahrzeug tragen, verändert eine kleine Abweichung der Zahl Fahrverhalten, Verbrauch und Reifenlebensdauer, und darum steht sie innen an der Tür jedes Wagens.

Druckführende Anlagen nutzen dieselbe Skala. Eine Werkstattdruckluftleitung läuft mit 90 bis 120 Pfund je Quadratzoll, Trinkwasser kommt mit 40 bis 80 an, Hydraulik arbeitet bei etwa 3000, und eine volle Tauchflasche hält 3000 und mehr. Der bequeme Zufall ist, dass der Luftdruck 14,7 Pfund je Quadratzoll beträgt, sodass ein Messwert von 30 absolut betrachtet ungefähr das Dreifache des Luftdrucks bedeutet.

Diese Unterscheidung steht im Zeichen selbst. Ingenieurinnen und Ingenieure schreiben psig für den Überdruck, gemessen über der Umgebungsluft, und psia für den Absolutdruck, gemessen vom Vakuum aus. Ein Reifen mit 32 psig liegt bei 46,7 psia, und beides in einer Rechnung über Gasmenge oder Behälterfestigkeit zu verwechseln erzeugt einen Fehler von einer Atmosphäre, der bei niedrigen Drücken den größten Teil der Antwort ausmacht.

Die Luftfahrt nutzt es für den Kabinendruckunterschied. Ein Verkehrsflugzeug hält im Reiseflug etwa acht bis neun Pfund je Quadratzoll Unterschied zwischen Kabine und Außenluft, und der Rumpf wird gegen diese wiederholte Belastung ausgelegt und auf Ermüdung geprüft. Diese Zahl bestimmt die wirksame Kabinenhöhe und damit, wie sich Reisende am Ende eines langen Fluges fühlen.

Die Umrechnung ins Metrische ist genau, aber wenig einprägsam, denn ein Pfund je Quadratzoll sind 6894,76 Pascal. Die beiden mitzunehmenden Faustregeln lauten, dass ein Bar etwa 14,5 Pfund je Quadratzoll ist und ein Pfund je Quadratzoll etwa sieben Kilopascal; beides genügt, um ein Manometer einzuschätzen, und keines genügt für eine Auslegungsrechnung.

Ein Pfund je Quadratzoll entspricht 6894,76 Pascal, etwa 0,0689 Bar, rund 6,89 Kilopascal oder etwa 0,068 Atmosphären.

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.