Der Druckgradient ist die Größe, die in der Mechanik verwendet wird, um die Änderung des Drucks in einer Flüssigkeit darzustellen . Der Druckgradient ist eine Vektorgröße, die normalerweise im internationalen Einheitensystem in Pascal pro Meter (Pa / m) ausgedrückt wird . Druckgradienten spielen eine wichtige Rolle in der Aerodynamik und Hydrodynamik , Theorien, die in verschiedenen wissenschaftlichen und technischen Bereichen wie Luftfahrt , Geophysik , Astronomie und Biophysik angewendet werden .
In den Atmosphärenwissenschaften ( Meteorologie , Klimatologie und verwandte Gebiete) ist der Druckgradient (typischerweise der Erdatmosphäre ) die physikalische Größe, die beschreibt, in welche Richtung und in welchem Verhältnis sich der Druck an einem bestimmten Ort am schnellsten ändert.
In der Erdölgeologie und in den petrochemischen Wissenschaften in Bezug auf Ölquellen und genauer gesagt in der Hydrostatik wird der vertikale Druckgradient in einer Flüssigkeitssäule in einem Bohrloch im Allgemeinen in psi / ft ausgedrückt . Diese Flüssigkeitssäule wird dem zusammengesetzten Druckgradienten ausgesetzt, der durch die darüber liegenden Flüssigkeiten induziert wird. Der Pfad und die Geometrie der Säule sind völlig irrelevant. Der Druck und der Druckgradient an jedem Punkt innerhalb der Säule hängen nur von der vertikalen Tiefe der Säule ab.
Mathematisch wird der Druckgradient erhalten, indem der Bediener Nabla abhängig von der Position auf einen Druck angewendet wird. Der Unterdruckgradient ist als Kraftdichte bekannt .
Genau genommen ist der Begriff des Druckgradienten eine lokale Charakterisierung der Luft (und allgemeiner der untersuchten Flüssigkeit). Der Druckgradient wird nur auf räumlichen Skalen definiert, in denen der Druck (allgemeiner die Fluiddynamik ) selbst definiert ist.
In Planetenatmosphären (einschließlich der Erdatmosphäre ) ist der Druckgradient ein Vektor, der ungefähr nach unten zeigt, da sich der Druck vertikal schneller ändert und nach unten zunimmt ( vertikale Druckschwankung ). Der Wert der Kraft (oder Norm ) des Druckgradienten in der Troposphäre liegt typischerweise in der Größenordnung von 9 Pa / m (oder 90 hPa / km).
Der Druckgradient hat oft eine kleine, aber wesentliche horizontale Komponente, die maßgeblich für die Zirkulation des Windes verantwortlich ist . Der horizontale Druckgradient ist ein zweidimensionaler Vektor, der sich aus der Projektion des Druckgradienten auf eine lokale horizontale Ebene ergibt.
In der Nähe der Erdoberfläche wird die Kraft aufgrund des horizontalen Druckgradienten von Bereichen mit hohem Druck auf Bereiche mit niedrigem Druck gerichtet. Seine besondere Ausrichtung zu jeder Zeit und an jedem Ort hängt stark von der Wettersituation ab. In mittleren Breiten kann der horizontale Druckgradient Werte in der Größenordnung von 10 –2 Pa / m (10 Pa / km ) und höhere Werte innerhalb meteorologischer Fronten annehmen .
Unterschiede im Luftdruck zwischen verschiedenen Orten sind für die Wetter- und Klimavorhersage von wesentlicher Bedeutung . Wie oben erwähnt, liegt der Druckgradient einer der Hauptkräfte zugrunde, die auf die Luft wirken und sie bewegen und Wind erzeugen. Die Kraft aufgrund des Druckgradienten zeigt von Bereichen mit hohem Druck zu Bereichen mit niedrigem Druck, so dass sie in die entgegengesetzte Richtung zu der des Druckgradienten selbst ausgerichtet ist.
Die Schallwellen und Stoßwellen sind Ereignisse, die sehr große Druckgradienten induzieren können, aber häufig vorübergehende Störungen sind.