DieLuftdichte ρ (auchDichte vonLuft oderDichte der Luft) gibt an, welcheMasse Luft in einem bestimmtenVolumen enthalten ist. AufMeeresspiegelhöhe ist die Luft mit rund 1,2041 kg/m³ bei 20 °C durch die darüber lastende Luftmasse stärker verdichtet als in größerer Höhe.
Luft ist um so dichter, je höher dieLuftsäule über ihr ist. Darum hat Luft am Boden einen höherenLuftdruck als Luft über dem Boden. Eine Faustregel ist, dass der Luftdruck sich pro 5500 Meter Höhe halbiert. Anhand der Luftdichte lässt sich dieDichtehöhe als Näherung für dietopografische Höhe bestimmen.[1]
Auch die Temperatur beeinflusst die Luftdichte. Dabei spielen deratmosphärische Temperaturgradient undmeteorologische Faktoren eine Rolle. In Bodennähe beeinflusst auch das Gelände die Temperatur; etwas höher könnenInversionen Temperaturschwankungen verursachen. Wäre dieTemperatur in allen Höhen gleich, so würden Luftdruck und Luftdichte gemeinsam mit zunehmender Höhe nach demGesetz für ideale Gase abnehmen (siehebarometrische Höhenformel).
Die Luftdichte verändert sich auch mit dem Anteil des in ihr enthaltenenWasserdampf, weilWassermoleküle eine geringere Masse alsStickstoffmoleküle (N2) und Sauerstoffmoleküle (O2) haben. Mit steigenderLuftfeuchtigkeit sinkt also die Luftdichte.
In erster Näherung kann man die Luft als einideales Gas betrachten, dessen Dichte ρ (rho) man nach der folgendenGleichung für ideale Gase berechnen kann:
mit
Durch Einsetzen derspezifischen Gaskonstante fürtrockene Luft[5] erhält man:
| Temperatur in °C | Temperatur T in K | Luftdichte in kg/m³ | Anmerkung |
|---|---|---|---|
| +35 | 308,15 | 1,1455 | |
| +30 | 303,15 | 1,1644 | |
| +25 | 298,15 | 1,1839 | |
| +20 | 293,15 | 1,2041 | Laborbedingungen |
| +15 | 288,15 | 1,2250 | Luftfahrt-Normatmosphäre |
| +10 | 283,15 | 1,2466 | |
| +5 | 278,15 | 1,2690 | |
| 0 | 273,15 | 1,2922 | physikalischeNormbedingungen |
| −5 | 268,15 | 1,3163 | |
| −10 | 263,15 | 1,3413 | |
| −15 | 258,15 | 1,3673 | |
| −20 | 253,15 | 1,3943 | |
| −25 | 248,15 | 1,4224 |
Eine genauere Dichtebestimmung der Luft erfordert eine Berücksichtigung derLuftfeuchte, da diese die Gaskonstante der Luft verändert:
mit
Nachdem die Gaskonstante angepasst wurde, kann die Gleichung
verwendet werden.
Derreziproke Wert der Dichte, dasspezifische Volumen, hat in derMeteorologie das Formelzeichen α und in derThermodynamik das Formelzeichen vLuft:
tabelliert ist. Es gibt auchempirische Formeln unterschiedlicher Genauigkeit wie dieMagnus-Formel oderAntoine-Gleichung.
