Dichte Luft: Tabelle, Formel & Berechnung

Wer die Dichte von Luft bestimmen möchte, benötigt vor allem drei Größen: Temperatur, Luftdruck und – bei höherer Genauigkeit – die Luftfeuchtigkeit. Die Dichte der Luft wird in der technischen Praxis beispielsweise bei Strömungsberechnungen, Lüftungsanlagen, Pneumatik, Thermodynamik, Fahrzeugtechnik und der Auslegung von Maschinen berücksichtigt.

Bei normalen Bedingungen besitzt trockene Luft bei 20 °C und einem Druck von etwa 1,013 bar eine Dichte von rund 1,204 kg/m³. Das bedeutet: Ein Kubikmeter Luft enthält unter diesen Bedingungen ungefähr 1,2 kg Luftmasse.

Allerdings ist die dichte Luft keine konstante Stoffgröße. Wird die Luft erwärmt, nimmt ihre Dichte ab. Steigt dagegen der absolute Luftdruck, nimmt die Dichte zu. Auch die Luftfeuchtigkeit beeinflusst den Wert.

Dieser Ratgeber zeigt, welche Werte für die Dichte von Luft typisch sind, wie sich die Luftdichte berechnen lässt und welche Bedeutung Temperatur, Druck und Feuchtigkeit für das Ergebnis haben.

Die Dichte beschreibt grundsätzlich, wie viel Masse in einem bestimmten Volumen eines Stoffes enthalten ist. Das Formelzeichen für die Dichte ist ρ (rho). Die übliche Einheit ist kg/m³.

Für Luft bedeutet das vereinfacht:

Die Luftdichte gibt an, wie viel Kilogramm Luft sich in einem Kubikmeter Volumen befinden.

Das ist wichtig, weil Luft zwar unsichtbar und leicht erscheint, aber trotzdem eine messbare Masse besitzt.

Bei einer Temperatur von 20 °C und einem atmosphärischen Druck von etwa 1013 hPa liegt die Dichte trockener Luft bei ungefähr 1,204 kg/m³. Ein Liter Luft besitzt unter diesen Bedingungen somit eine Masse von etwa 1,2 Gramm.

Die Angabe „Dichte Luft“ wird häufig verwendet, wenn eigentlich die Luftdichte gemeint ist. Beide Begriffe beschreiben dieselbe physikalische Größe.

Eine häufig verwendete Bezugsgröße ist die Luftdichte bei 20 °C und Normaldruck.

Die Werte zeigen einen wichtigen Zusammenhang: Mit steigender Temperatur sinkt die Dichte der Luft. Die Tabelle basiert auf der Berechnung für trockene Luft bei einem Standarddruck von 1013,25 hPa.

Für viele technische Überschlagsrechnungen reicht deshalb bereits ein Wert von etwa 1,2 kg/m³ aus. Bei präziseren Berechnungen sollten dagegen die tatsächliche Temperatur und der tatsächliche Druck berücksichtigt werden.

Luft besteht aus verschiedenen Gasen, vor allem Stickstoff und Sauerstoff. Wird Luft erwärmt, bewegen sich die Moleküle stärker und benötigen bei gleichem Druck mehr Raum.

Bei konstantem Druck vergrößert sich dadurch das Volumen einer bestimmten Luftmasse. Da dieselbe Masse auf ein größeres Volumen verteilt ist, sinkt die Dichte.

Umgekehrt gilt: Wird Luft abgekühlt, nimmt ihr Volumen bei konstantem Druck ab und die Dichte steigt.

Deshalb besitzt beispielsweise Luft bei 0 °C eine deutlich höhere Dichte als bei 30 °C.

Das lässt sich auch anhand der Werte erkennen:

• bei 0 °C: etwa 1,292 kg/m³
• bei 20 °C: etwa 1,204 kg/m³
• bei 30 °C: etwa 1,164 kg/m³

Die Temperaturdifferenz kann bei technischen Berechnungen daher durchaus relevant sein.

Für trockene Luft kann die Dichte näherungsweise mit der Zustandsgleichung für ideale Gase berechnet werden:

ρ = p / (R · T)

Dabei bedeuten:

• ρ = Dichte der Luft in kg/m³
• p = absoluter Luftdruck in Pa
• R = spezifische Gaskonstante der trockenen Luft, etwa 287,058 J/(kg·K)
• T = absolute Temperatur in Kelvin

Für technische Berechnungen ist besonders wichtig, dass die Temperatur nicht direkt in Grad Celsius eingesetzt wird. Zunächst muss sie in Kelvin umgerechnet werden:

T = t + 273,15

Die spezifische Gaskonstante trockener Luft wird häufig mit rund 287 J/(kg·K) angesetzt. Auch Schweizer-FN verwendet diesen Wert für die Berechnung der Luftdichte.

 

Angenommen, die Luft besitzt eine Temperatur von 20 °C und einen absoluten Druck von 101.325 Pa.

Zuerst wird die Temperatur in Kelvin umgerechnet:

20 °C + 273,15 = 293,15 K

Anschließend können die Werte in die Formel eingesetzt werden. Das Ergebnis liegt bei ungefähr 1,204 kg/m³.

Damit bestätigt sich der typische Referenzwert für trockene Luft bei Raumtemperatur und Standarddruck.

Neben der Temperatur beeinflusst auch der Luftdruck die Dichte.

Bei gleicher Temperatur gilt grundsätzlich:

Je höher der absolute Druck, desto höher die Luftdichte.

Wird beispielsweise Luft in einem geschlossenen System verdichtet, befinden sich mehr Luftmoleküle in einem bestimmten Volumen. Die Masse pro Volumen nimmt dadurch zu.

Das Verhältnis lässt sich direkt aus der Formel erkennen. Da die Dichte proportional zum absoluten Druck ist, führt eine Erhöhung des Drucks bei konstanter Temperatur auch zu einer Erhöhung der Dichte.

Das ist unter anderem bei pneumatischen Systemen, Druckluftanlagen und Strömungsberechnungen relevant.

Wichtig ist dabei der Unterschied zwischen Überdruck und Absolutdruck. Für die Berechnung der Dichte muss grundsätzlich der absolute Druck verwendet werden.

Ein Manometer zeigt bei vielen Anwendungen den Überdruck gegenüber dem atmosphärischen Druck an. Für eine physikalisch korrekte Berechnung muss daraus zunächst der absolute Druck bestimmt werden.

Bei einer konstanten Temperatur verändert sich die Luftdichte proportional zum Druck.

Ein vereinfachtes Beispiel bei ungefähr 20 °C:

Die tatsächlichen Werte hängen von der verwendeten Temperatur und davon ab, ob trockene oder feuchte Luft betrachtet wird.

Bereits normale Änderungen des atmosphärischen Luftdrucks führen also zu messbaren Veränderungen der Luftdichte.

Neben Temperatur und Druck spielt bei einer genaueren Betrachtung auch die Luftfeuchtigkeit eine Rolle.

Das klingt zunächst überraschend: Feuchte Luft enthält zusätzlich Wasserdampf und könnte deshalb intuitiv schwerer erscheinen. Physikalisch ist es jedoch umgekehrt.

Wasserdampf besitzt eine geringere molare Masse als die Hauptbestandteile trockener Luft. Bei gleicher Temperatur und gleichem Gesamtdruck führt ein höherer Wasserdampfanteil deshalb zu einer geringeren Dichte der Luft.

Für einfache technische Überschlagsrechnungen wird dieser Einfluss häufig vernachlässigt. Bei präzisen Berechnungen, insbesondere in der Meteorologie, Strömungstechnik oder bei thermodynamischen Anwendungen, kann die Luftfeuchtigkeit jedoch berücksichtigt werden.

Schweizer-FN unterscheidet beispielsweise zwischen trockener und feuchter Luft und berücksichtigt bei der genaueren Berechnung zusätzlich die relative Luftfeuchtigkeit sowie den Sättigungsdampfdruck.

Welche Berechnung sinnvoll ist, hängt vom Anwendungsfall ab.

Für eine einfache technische Abschätzung reicht häufig die Annahme trockener Luft. Typische Werte sind dann:

• 20 °C: ca. 1,204 kg/m³
• 15 °C: ca. 1,225 kg/m³
• 0 °C: ca. 1,292 kg/m³

Wer dagegen eine möglichst genaue Berechnung benötigt, sollte neben Temperatur und Druck auch die Feuchtigkeit berücksichtigen.

Das gilt insbesondere dann, wenn die Luftdichte direkt in eine weitere Berechnung eingeht und kleine Abweichungen Auswirkungen auf das Ergebnis haben.

Die beiden wichtigsten Einflussgrößen lassen sich vereinfacht zusammenfassen:

Damit lässt sich bereits abschätzen, in welche Richtung sich die Luftdichte verändert.

Bei einem technischen System sollten diese Zusammenhänge allerdings nicht nur qualitativ betrachtet werden. Für die konkrete Berechnung müssen die tatsächlichen Betriebsbedingungen eingesetzt werden.

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Was bedeutet „Normzustand“ bei Luft?

Bei technischen Angaben zur Luft ist es wichtig, genau hinzusehen, auf welchen Zustand sich ein Wert bezieht.

Bezeichnungen wie:

• Normzustand
• Standardzustand
• Betriebszustand
• Referenzzustand

sind nicht automatisch identisch.

Ein Wert für Luft bei 0 °C und ein Wert bei 20 °C können sich beispielsweise deutlich unterscheiden, obwohl beide als Referenzwert verwendet werden.

Deshalb sollte bei einer technischen Berechnung immer geprüft werden, welche Temperatur und welcher Druck für den angegebenen Wert gelten.

Gerade bei Volumenströmen in der Pneumatik und Lüftungstechnik kann diese Unterscheidung wichtig sein.

Dichte Luft in der Praxis richtig verwenden

Für eine überschlägige Berechnung kann häufig mit einer Luftdichte von rund 1,2 kg/m³ gerechnet werden.

Das ist für viele Anwendungen ausreichend, solange keine hohe Genauigkeit gefordert wird und die Betriebsbedingungen ungefähr bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck liegen.

Für eine genauere Berechnung sollten dagegen mindestens folgende Werte bekannt sein:

1. Temperatur der Luft
2. absoluter Luftdruck
3. gegebenenfalls relative Luftfeuchtigkeit

Mit diesen Angaben lässt sich die Luftdichte deutlich genauer bestimmen.

Wer mit Tabellen arbeitet, sollte außerdem darauf achten, ob die Werte für trockene Luft oder feuchte Luft gelten.

Häufige Fragen zur Dichte von Luft

Wie viel wiegt ein Kubikmeter Luft?

Bei etwa 20 °C und Standarddruck besitzt trockene Luft eine Dichte von ungefähr 1,204 kg/m³. Ein Kubikmeter Luft enthält unter diesen Bedingungen daher rund 1,2 kg Luftmasse.

Wie hoch ist die Dichte von Luft bei 20 °C?

Bei 20 °C und einem Druck von 1013,25 hPa beträgt die Dichte trockener Luft ungefähr 1,204 kg/m³.

Ist warme oder kalte Luft dichter?

Kalte Luft ist bei gleichem Druck dichter als warme Luft. Mit steigender Temperatur sinkt die Dichte.

Ist feuchte Luft schwerer als trockene Luft?

Bei gleicher Temperatur und gleichem Gesamtdruck ist feuchte Luft aufgrund des höheren Wasserdampfanteils grundsätzlich weniger dicht als trockene Luft.

Welche Einheit hat die Luftdichte?

Die SI-Einheit der Luftdichte ist Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³).

Welche Luftdichte wird für Berechnungen verwendet?

Für einfache Berechnungen wird häufig ein Näherungswert von etwa 1,2 kg/m³ verwendet. Für genaue Berechnungen sollten Temperatur, absoluter Druck und gegebenenfalls Luftfeuchtigkeit berücksichtigt werden.

Von der Berechnung zur praktischen Arbeit in der Produktion

Technische Berechnungen sind häufig nur ein Teil eines Fertigungs- oder Montageprozesses. Entscheidend ist am Ende, wie sicher und effizient ein Werkstück tatsächlich bearbeitet werden kann.

Gerade bei großen, sperrigen oder schwer zugänglichen Bauteilen entsteht in der Praxis häufig ein anderes Problem: Das Werkstück muss für die jeweilige Bearbeitung immer wieder neu positioniert oder umgespannt werden.

Das kann beispielsweise beim Schweißen, Montieren, Prüfen, Entgraten oder Nacharbeiten relevant sein.

Eine flexible Positionierung kann hier helfen, das Werkstück für die jeweilige Tätigkeit in eine geeignete Arbeitsposition zu bringen. Dadurch lässt sich der Zugang zu unterschiedlichen Seiten eines Bauteils verbessern.

Eine solche Lösung ist die SI-MON Montagevorrichtung von JuS Spanntechnik. Sie wurde dafür entwickelt, sperrige Werkstücke sicher zu spannen und von verschiedenen Seiten zugänglich zu machen. Je nach Ausführung können Werkstücke bis zu 60 kg aufgenommen werden. Die Konstruktion ermöglicht das Drehen und Schwenken des Werkstücks und damit eine flexible Positionierung während der Bearbeitung.

Das Prinzip ist besonders interessant, wenn nicht die Berechnung einer Stoffeigenschaft, sondern die praktische Zugänglichkeit eines Werkstücks zum entscheidenden Faktor im Arbeitsprozess wird.

Bei Montage-, Schweiß-, Reparatur- oder Nacharbeitsaufgaben kann eine flexible Spann- und Positionierlösung deshalb eine sinnvolle Ergänzung zu klassischen Spannmitteln darstellen.

Fazit: Dichte Luft richtig berechnen

Die Dichte der Luft ist keine feste Zahl. Sie hängt vor allem von der Temperatur und dem absoluten Luftdruck ab. Bei genauer Betrachtung beeinflusst auch die Luftfeuchtigkeit den Wert.

Als wichtiger Referenzwert gilt:

Trockene Luft bei 20 °C und etwa 1013 hPa besitzt eine Dichte von rund 1,204 kg/m³.

Für trockene Luft kann die Dichte näherungsweise mit der idealen Gasgleichung berechnet werden. Dabei müssen Druck und Temperatur in den passenden Einheiten eingesetzt werden. Die Temperatur wird von Grad Celsius zunächst in Kelvin umgerechnet.

Für einfache technische Abschätzungen genügt häufig ein Wert von etwa 1,2 kg/m³. Bei präziseren Berechnungen sollten dagegen die tatsächlichen Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.

Und auch in der Fertigung zeigt sich ein ähnliches Grundprinzip: Entscheidend sind nicht nur einzelne technische Kennwerte, sondern das Zusammenspiel mehrerer Faktoren. Bei sperrigen Werkstücken gehören dazu beispielsweise Spannmöglichkeit, Zugänglichkeit, Positionierung und Ergonomie.

Genau hier setzen flexible Montagevorrichtungen wie SI-MON von JuS Spanntechnik an. Die Werkstücke können für unterschiedliche Bearbeitungsschritte positioniert werden, ohne dass der Zugang zu jeder Seite durch eine starre Arbeitsposition eingeschränkt wird.

Mehr Informationen zur Montagevorrichtung und den verschiedenen SI-MON Ausführungen finden Sie direkt bei JuS Spanntechnik.