Bar
Symbol: barWorldwide
Was ist ein/eine Bar (bar)?
Formale Definition
Das Bar ist eine metrische Einheit des Drucks, die genau als 100.000 Pascal (100 kPa) definiert ist, oder gleichwertig 10⁵ N/m². Das Bar ist keine offizielle SI-Einheit, wird jedoch vom Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIPM) für die Verwendung im Internationalen Einheitensystem akzeptiert. Seine Größe ist bequem nahe an einer Standardatmosphäre (101.325 Pa), was es zu einer praktischen Einheit für viele Druckanwendungen macht.
Ein Bar entspricht ungefähr 0.986923 Standardatmosphären, 14.5038 psi, 750.062 mmHg oder 750.062 torr. Die nahezu Gleichwertigkeit zum atmosphärischen Druck macht das Bar intuitiv: 1 Bar ist ungefähr der Druck, den die Atmosphäre auf Meereshöhe ausübt. Diese enge Übereinstimmung — kombiniert mit der klaren dezimalen Beziehung zum Pascal — erklärt die anhaltende Beliebtheit des Bars in Ingenieurwesen und Industrie.
Neben- und Vielfache
Das Millibar (mbar), das 0.001 Bar oder 100 Pa entspricht, wird in der Meteorologie häufig verwendet und ist numerisch identisch mit dem Hektopascal (hPa). Der Standardatmosphärendruck beträgt 1013.25 mbar (oder 1013.25 hPa). Das Decibar (dbar), das 0.1 Bar oder 10.000 Pa entspricht, wird in der Ozeanographie verwendet, da ein Decibar den Druckanstieg pro Meter Meerwassertiefe eng approximiert. Das Megabar (Mbar), das 10⁶ Bar oder 10¹¹ Pa entspricht, wird in der Hochenergiephysik und Planetenwissenschaft verwendet.
Etymology
Griechische Ursprünge
Das Wort "Bar" stammt vom griechischen Wort "baros" (βάρος), was "Gewicht" oder "Schwere" bedeutet. Die gleiche Wurzel erscheint in verwandten englischen Wörtern wie "Barometer" (Instrument zur Messung des atmosphärischen Drucks), "Barograph" (aufzeichnendes Barometer) und "Isobar" (Linie gleichen Drucks auf einer Wetterkarte). Die Verbindung zwischen "Gewicht" und "Druck" ist natürlich — der atmosphärische Druck wurde historisch als das Gewicht der Luftsäule über einem Punkt konzipiert.
Einführung als Einheit
Das Bar wurde 1909 von dem britischen Meteorologen Napier Shaw während seiner Amtszeit als Direktor des Meteorologischen Amtes eingeführt. Shaw definierte das Bar als 10⁶ Dynes pro Quadratzentimeter im CGS (Zentimeter- Gramm-Sekunden) System, was bequem 10⁵ Pascal im modernen SI-System entspricht. Shaws Millibar wurde schnell zur Standardeinheit für atmosphärischen Druck in der Meteorologie und ersetzte frühere Messungen in Zoll oder Millimetern Quecksilber.
Precise Definition
Definition
Das Bar ist genau als 10⁵ Pa (100.000 Pascal) definiert. Diese Definition ist exakt und hat keine Unsicherheit. In CGS-Einheiten entspricht das Bar 10⁶ dyn/cm² (Dynes pro Quadratzentimeter). Das Bar wird im SI-Broschüre als eine nicht-SI-Einheit aufgeführt, die für die Verwendung mit dem SI akzeptiert wird, neben Einheiten wie dem Liter, der Tonne und dem Elektronvolt.
Beziehung zur Atmosphäre
Das Bar und die Standardatmosphäre sind nahe, aber nicht identisch: 1 Bar = 0.986923 atm, und 1 atm = 1.01325 Bar. Der Unterschied beträgt ungefähr 1.325%. Für die meisten praktischen Zwecke außerhalb der präzisen Metrologie können das Bar und die Atmosphäre als austauschbar betrachtet werden. Diese nahezu Gleichwertigkeit ist nicht zufällig — das Bar wurde absichtlich auf eine runde Zahl von Pascal definiert, die den atmosphärischen Druck annähert.
IUPAC-Standard
Seit 1982 empfiehlt die Internationale Union für Reine und Angewandte Chemie (IUPAC) 1 Bar (100 kPa) als den Standarddruck für die Berichterstattung über thermodynamische Eigenschaften und ersetzt den vorherigen Standard von 1 atm (101.325 kPa). Diese Änderung betrifft die Standardenthalpien der Bildung, die Standardelektrodenpotentiale und andere tabellierte thermochemische Daten. Chemiebücher, die nach 1982 veröffentlicht wurden, verwenden 1 Bar als Referenzdruck.
Geschichte
Frühe Druckmessung
Bevor das Bar existierte, wurde der atmosphärische Druck mit Quecksilberbarometern gemessen. Evangelista Torricelli erfand 1643 das Quecksilberbarometer, das den Druck in Millimetern (oder Zoll) Quecksilber misst. Über 250 Jahre waren mmHg und inHg die primären Druckeinheiten. Die Vielfalt der Druckeinheiten — Atmosphären, mmHg, inHg, psi, kgf/cm² — spiegelte den fragmentierten Zustand der Messstandards wider.
Napier Shaw und das Millibar
1909 führte Napier Shaw das Bar für meteorologische Zwecke ein. Das Millibar (1/1000 Bar) wurde zur Standarddruckeinheit in der Meteorologie, da seine Größe (100 Pa) praktisch war, um atmosphärische Druckwerte um 1000 mbar auszudrücken. Die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) nahm das Millibar als internationalen Standard für Wetterberichte an. Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts verwendeten nahezu alle Wetterdienste weltweit Millibars.
Übergang zu Hektopascals
In den 1980er und 1990er Jahren empfahl die WMO den Übergang von Millibars zu Hektopascals (hPa) für Wetterberichte. Da 1 mbar = 1 hPa genau ist, war dies nur eine Namensänderung — keine numerischen Werte änderten sich. Die Motivation war, die meteorologische Praxis mit dem SI-System in Einklang zu bringen. Die meisten Länder schlossen den Übergang bis 2000 ab, obwohl der Begriff "Millibar" in der allgemeinen Verwendung bestehen bleibt.
Industrielle Anwendung
In der europäischen Industrie wurde das Bar zur Standarddruckeinheit für komprimierte Gase, hydraulische Systeme und Verfahrenstechnik. Die Beliebtheit des Bars in Europa steht im Gegensatz zur Persistenz von psi in den Vereinigten Staaten und dem Vereinigten Königreich. Deutsche, französische, italienische und japanische Industriestandards verwenden weit verbreitet das Bar. Beim Tauchen wird international das Bar für Zylinderdruck und Tauchplanung verwendet.
Aktuelle Verwendung
Tauchen
Das Bar ist der internationale Standard für die Druckmessung beim Tauchen. Luftzylinder werden nach ihrem Betriebsdruck in Bar bewertet: Standard-Aluminiumzylinder halten 200 Bar, Stahlzylinder können 232 oder 300 Bar halten. Tauchcomputer zeigen die druckbezogene Umgebungsdruck in Bar an. Ein voller 12-Liter-Zylinder bei 200 Bar enthält 2.400 Liter Luft bei Oberflächendruck.
Industrielles Druckgas
Druckgaszylinder weltweit werden in Bar bewertet. Medizinische Sauerstoffzylinder halten typischerweise Gas bei 137-200 Bar. Industrielle Stickstoff- und Argonzylinder werden auf 200-300 Bar gefüllt. Acetylen-Zylinder, die aufgrund der Instabilität des Gases speziell konstruiert sind, arbeiten mit maximal 18 Bar. LPG (Flüssiggas) Zylinder halten Flüssigkeit unter Druck bei etwa 5-15 Bar.
Automobilindustrie
In Europa und vielen anderen Regionen wird der Reifendruck häufig in Bar ausgedrückt. Ein typischer Reifendruck eines Personenkraftwagens von 2.2 Bar entspricht 220 kPa oder 32 psi. Der Ladedruck eines Turboladers wird in Bar gemessen: Ein turbogeladenes Motor könnte 1.5-2.5 Bar Ladedruck erzeugen (150-250 kPa über dem atmosphärischen Druck). Der hydraulische Druck des Bremssystems erreicht während des starken Bremsens 50-200 Bar.
Espresso und Brauen
Professionelle Espressomaschinen arbeiten mit 9 Bar (900 kPa) Druck, um heißes Wasser durch fein gemahlenen Kaffee zu drücken. Dieser spezifische Druck ist ein charakteristisches Merkmal von Espresso geworden — der 9-Bar-Standard wurde empirisch in den 1960er Jahren festgelegt und gilt als optimal für die Extraktion von Espresso-Crema. Heim-Espressomaschinen können mit 15 Bar arbeiten, wobei ein Druckminderer den Brühdruck auf 9 Bar senkt.
Everyday Use
Reifendruck
In metrischen Ländern wird der Reifendruck häufig in Bar ausgedrückt. Typische Werte: Personenkraftwagen 2.0-2.5 Bar, SUVs 2.2-2.8 Bar, Fahrräder (Straße) 6-8 Bar, Fahrräder (Mountain) 2-3 Bar, Motorräder 2.0-2.9 Bar. Die meisten Reifendruckmessgeräte, die in Europa verkauft werden, zeigen Bar neben kPa an.
Schnellkochtöpfe
Schnellkochtöpfe arbeiten bei etwa 1 Bar über dem atmosphärischen Druck (2 Bar absolut). Die Bedienungsanleitungen für Schnellkochtöpfe in metrischen Ländern geben den Betriebsdruck in Bar oder kPa an. Bei 2 Bar absolut kocht Wasser bei etwa 120°C anstelle von 100°C, was die Kochzeiten um 50-70% verkürzt.
Wasserdruck
Der Haushaltswasserdruck in metrischen Ländern wird in Bar ausgedrückt. Normaler häuslicher Wasserdruck beträgt 2-5 Bar. Druck unter 1.5 Bar wird als niedrig angesehen und kann zu einer schlechten Duschleistung führen. Druck über 6 Bar wird als hoch angesehen und kann ein Druckminderer erforderlich machen. Gartenschlauchdüsen erzeugen typischerweise einen Sprühnebel bei 3-4 Bar.
Druckluftkompressoren
Heim- und Werkstattluftkompressoren werden in metrischen Ländern in Bar bewertet. Ein kleiner tragbarer Kompressor könnte 6-8 Bar erzeugen. Ein Werkstattkompressor für Elektrowerkzeuge liefert typischerweise 8-10 Bar. Professionelle pneumatische Werkzeuge benötigen 6-7 Bar für einen optimalen Betrieb. Spritzlackierung erfordert 2-4 Bar, abhängig von der Pistole und der Art der Farbe.
In Science & Industry
Thermochemie
Seit 1982 ist der IUPAC-Standarddruck für thermochemische Daten 1 Bar (100 kPa), der den vorherigen Standard von 1 atm (101.325 kPa) ersetzt. Standardenthalpien der Bildung, Gibbs-Energien und Elektrodenpotentiale werden jetzt bei 1 Bar tabelliert. Die 1.325%-Änderung des Referenzdrucks verursachte kleine, aber messbare Unterschiede in den tabellierten Werten. Chemiedatenbanken wie NIST WebBook und CRC Handbook verwenden den 1-Bar-Standard.
Hochdruckforschung
In der Hochdruckphysik und -chemie werden Kilobars (kbar) und Megabars (Mbar) verwendet, um extreme Bedingungen zu beschreiben. Diamantambosszellen erreichen routinemäßig Drücke von mehreren Megabars (Hunderte von GPa). Der Druck im Erdkern beträgt ungefähr 3.6 Mbar (360 GPa). Schockkompressionsexperimente in der Plasmaphysik messen Drücke in Megabars.
Ozeanographie
In der Ozeanographie ist das Decibar (0.1 Bar = 10.000 Pa) eine Standardeinheit, da der Druckanstieg im Meerwasser ungefähr 1 dbar pro Meter Tiefe beträgt. Diese bequeme Entsprechung ermöglicht es Ozeanographen, Druck als Proxy für Tiefe zu verwenden. Ozean-CTD (Leitfähigkeit-Temperatur-Tiefe) Instrumente zeichnen den Druck in Decibars auf. An dem tiefsten Punkt des Ozeans (Challenger Deep, ~10.935 m) beträgt der Druck ungefähr 1.100 dbar (110 Bar).
Vakuumtechnik
Vakuumwissenschaftler verwenden das Millibar, um niedrige Drücke zu beschreiben. Grobvakuum beträgt 1000-1 mbar. Mittelvakuum beträgt 1-10⁻³ mbar. Hochvakuum beträgt 10⁻³-10⁻⁹ mbar. Ultrahochvakuum liegt unter 10⁻⁹ mbar. Teilchenbeschleuniger und Raum-Simulationskammern arbeiten unter ultrahochvakuum Bedingungen.
Interesting Facts
The bar was introduced in 1909 — the same year that Robert Peary claimed to reach the North Pole and the first commercial flights by Zeppelin airships began. It outlasted both of those achievements as a relevant contribution to daily life.
Espresso's defining 9-bar brewing pressure was established by Ernesto Valente of the FAEMA company in 1961 with the E61 espresso machine. Before that, espresso was brewed at lower, inconsistent pressures using lever machines.
A scuba diver breathing at 30 meters depth (4 bar absolute pressure) consumes air four times faster than at the surface. A standard 12-liter, 200-bar tank that would last 60 minutes at the surface lasts only about 15 minutes at that depth.
The bar is almost exactly equal to one 'technical atmosphere' (1 at = 1 kgf/cm² = 98,066.5 Pa = 0.980665 bar), an older unit still found on some European pressure gauges and in Soviet-era technical documentation.
At 10,000 bar (1 GPa), water freezes even at room temperature, forming a high-pressure ice phase called Ice VI. There are at least 19 known crystalline phases of ice, most of which exist only at pressures measured in kilobars.
The pressure inside a champagne bottle is approximately 6 bar — roughly three times the pressure in a car tire. This is why champagne corks can travel at speeds of up to 50 km/h and cause serious eye injuries.
Commercial aircraft cabins are pressurized to approximately 0.75-0.80 bar (equivalent to an altitude of 1,800-2,400 meters), which is why some passengers experience ear discomfort and reduced oxygen saturation during flights.
Conversion Table
| Unit | Value | |
|---|---|---|
| Pascal (Pa) | 100.000 | bar → Pa |
| Kilopascal (kPa) | 100 | bar → kPa |
| Atmosphere (atm) | 0,986923 | bar → atm |
| Pound per Square Inch (psi) | 14,5038 | bar → psi |
| Torr (Torr) | 750,062 | bar → Torr |