Permeabilitätsumrechner
Permeabilitätsumrechner
Rechnen Sie zwischen 4 verschiedenen Arten von Permeabilitätseinheiten mit wissenschaftlicher Präzision um. Magnetische (H/m), Fluid- (Darcy), Gas- (Barrer) und Dampfpermeabilitäten (Perm) messen grundlegend unterschiedliche physikalische Eigenschaften und können nicht zwischen den Typen umgerechnet werden.
Was ist Permeabilität?
Permeabilität misst, wie leicht etwas durch ein Material dringt, aber diese einfache Definition verbirgt eine entscheidende Tatsache: Es gibt VIER völlig unterschiedliche Arten von Permeabilität in Physik und Ingenieurwesen, von denen jede unterschiedliche physikalische Größen misst.
Die Vier Arten von Permeabilität
Magnetische Permeabilität (μ)
Misst, wie leicht magnetischer Fluss durch ein Material dringt. Bezieht die magnetische Flussdichte (B) auf die magnetische Feldstärke (H).
Einheiten: H/m, μH/m, nH/m, relative Permeabilität (μᵣ)
Formel: B = μ × H
Anwendungen: Elektromagnete, Transformatoren, magnetische Abschirmung, Induktoren, MRT-Geräte
Beispiele: Vakuum (μᵣ = 1), Eisen (μᵣ = 5,000), Permalloy (μᵣ = 100,000)
Fluidpermeabilität (k)
Misst, wie leicht Fluide (Öl, Wasser, Gas) durch poröse Medien wie Gestein oder Boden fließen. Entscheidend für die Erdöltechnik.
Einheiten: Darcy (D), Millidarcy (mD), Nanodarcy (nD), m²
Formel: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Anwendungen: Öl-/Gaslagerstätten, Grundwasserfluss, Bodendrainage, Gesteinscharakterisierung
Beispiele: Schiefer (1-100 nD), Sandstein (10-1000 mD), Kies (>10 D)
Gaspermeabilität (P)
Misst, wie schnell bestimmte Gase durch Polymere, Membranen oder Verpackungsmaterialien dringen. Wird in der Verpackungs- und Membranwissenschaft verwendet.
Einheiten: Barrer, GPU (Gaspermeationseinheit), mol·m/(s·m²·Pa)
Formel: P = (N × L) / (A × Δp × t)
Anwendungen: Lebensmittelverpackungen, Gas-Trennmembranen, Schutzbeschichtungen, Raumanzüge
Beispiele: HDPE (0.5 Barrer für O₂), Silikonkautschuk (600 Barrer für O₂)
Wasserdampfpermeabilität
Misst die Feuchtigkeitstransportrate durch Baumaterialien, Stoffe oder Verpackungen. Entscheidend für die Feuchtigkeitskontrolle und die Bauphysik.
Einheiten: Perm, Perm-Inch, g/(Pa·s·m²)
Formel: WVTR = Permeanz × Dampfdruckdifferenz
Anwendungen: Dampfsperren in Gebäuden, atmungsaktive Stoffe, Feuchtigkeitsmanagement, Verpackungen
Beispiele: Polyethylen (0.06 Perm), Sperrholz (0.7 Perm), ungestrichener Gipskarton (20-50 Perm)
Kurzfakten
Keine Umrechnung zwischen Typen
Magnetische Permeabilität (H/m) ≠ Fluidpermeabilität (Darcy) ≠ Gaspermeabilität (Barrer) ≠ Dampfpermeabilität (Perm). Diese messen unterschiedliche physikalische Phänomene!
Extremer Bereich
Die Fluidpermeabilität erstreckt sich über 21 Größenordnungen: von dichtem Schiefer (10⁻⁹ Darcy) bis zu Kies (10¹² Darcy)
Verwirrung bei Einheitsnamen
Das Wort 'Permeabilität' wird für alle vier Typen verwendet, aber es sind völlig unterschiedliche Größen. Geben Sie immer an, um welchen Typ es sich handelt!
Materialspezifisch
Die Gaspermeabilität hängt SOWOHL vom Material ALS AUCH vom Gastyp ab. Die Sauerstoffpermeabilität ist nicht gleich der Stickstoffpermeabilität für dasselbe Material!
Magnetische Permeabilität (μ)
Die magnetische Permeabilität beschreibt, wie ein Material auf ein Magnetfeld reagiert. Sie ist das Verhältnis der magnetischen Flussdichte (B) zur magnetischen Feldstärke (H).
Formel: B = μ × H = μ₀ × μᵣ × H
B = magnetische Flussdichte (T), H = magnetische Feldstärke (A/m), μ = Permeabilität (H/m), μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H/m (freier Raum), μᵣ = relative Permeabilität (dimensionslos)
Materialkategorien
| Typ | Relative Permeabilität | Beispiele |
|---|---|---|
| Diamagnetisch | μᵣ < 1 | Bismut (0.999834), Kupfer (0.999994), Wasser (0.999991) |
| Paramagnetisch | 1 < μᵣ < 1.01 | Aluminium (1.000022), Platin (1.000265), Luft (1.0000004) |
| Ferromagnetisch | μᵣ >> 1 | Eisen (5,000), Nickel (600), Permalloy (100,000) |
Fluidpermeabilität (Darcy)
Die Fluidpermeabilität misst, wie leicht Fluide durch poröses Gestein oder Boden fließen. Das Darcy ist die Standardeinheit in der Erdöltechnik.
Formel: Q = (k × A × ΔP) / (μ × L)
Q = Durchflussrate (m³/s), k = Permeabilität (m²), A = Querschnittsfläche (m²), ΔP = Druckdifferenz (Pa), μ = Fluidviskosität (Pa·s), L = Länge (m)
Was ist ein Darcy?
1 Darcy ist die Permeabilität, die es 1 cm³/s eines Fluids (1 Centipoise Viskosität) erlaubt, durch eine Querschnittsfläche von 1 cm² unter einem Druckgradienten von 1 atm/cm zu fließen.
SI-Äquivalent: 1 Darcy = 9.869233 × 10⁻¹³ m²
Permeabilitätsbereiche im Erdölingenieurwesen
| Kategorie | Permeabilität | Beschreibung | Beispiele: |
|---|---|---|---|
| Ultra-dicht (Schiefer) | 1-100 Nanodarcy (nD) | Erfordert Hydraulic Fracturing für eine wirtschaftliche Produktion | Bakken-Schiefer, Marcellus-Schiefer, Eagle-Ford-Schiefer |
| Dichtes Gas/Öl | 0.001-1 Millidarcy (mD) | Schwer zu produzieren, benötigt Stimulation | Dichte Sandsteine, einige Karbonate |
| Konventionelle Lagerstätte | 1-1000 Millidarcy | Gute Öl-/Gasproduktivität | Die meisten kommerziellen Sandstein- und Karbonatlagerstätten |
| Ausgezeichnete Lagerstätte | 1-10 Darcy | Ausgezeichnete Produktivität | Hochwertige Sandsteine, geklüftete Karbonate |
| Extrem permeabel | > 10 Darcy | Sehr hohe Durchflussraten | Kies, grober Sand, stark geklüftetes Gestein |
Gaspermeabilität (Barrer)
Die Gaspermeabilität misst, wie schnell bestimmte Gase durch Polymere und Membranen dringen. Das Barrer ist die Standardeinheit, benannt nach dem Physiker Richard Barrer.
Formel: P = (N × L) / (A × Δp × t)
P = Permeabilität (Barrer), N = transportierte Gasmenge (cm³ bei STP), L = Materialdicke (cm), A = Fläche (cm²), Δp = Druckdifferenz (cmHg), t = Zeit (s)
Was ist ein Barrer?
1 Barrer = 10⁻¹⁰ cm³(STP)·cm/(s·cm²·cmHg). Dies misst das Gasvolumen (bei Standardtemperatur und -druck), das pro Einheitsdicke, pro Einheitsfläche, pro Zeiteinheit und pro Einheitsdruckdifferenz durchdringt.
Alternative Einheiten: 1 Barrer = 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa)
Beispiel: Silikonkautschuk: H₂ (550 Barrer), O₂ (600 Barrer), N₂ (280 Barrer), CO₂ (3200 Barrer)
Anwendungen
| Bereich | Anwendung | Beispiele |
|---|---|---|
| Lebensmittelverpackung | Geringe O₂-Permeabilität bewahrt die Frische | EVOH (0.05 Barrer), PET (0.05-0.2 Barrer) |
| Gastrennung | Hohe Permeabilität trennt Gase (O₂/N₂, CO₂/CH₄) | Silikonkautschuk, Polyimide |
| Medizinische Verpackung | Barrierefolien schützen vor Feuchtigkeit/Sauerstoff | Blisterverpackungen, pharmazeutische Flaschen |
| Reifeninnenlagen | Geringe Luftpermeabilität hält den Druck | Halobutylkautschuk (30-40 Barrer) |
Wasserdampfpermeabilität (Perm)
Die Wasserdampfpermeabilität misst den Feuchtigkeitstransport durch Materialien. Entscheidend für die Bauphysik, zur Vermeidung von Schimmel, Kondensation und Bauschäden.
Formel: WVTR = Permeanz × (p₁ - p₂)
WVTR = Wasserdampfdurchlässigkeitsrate, Permeanz = Permeabilität/Dicke, p₁, p₂ = Dampfdrücke auf jeder Seite
Was ist ein Perm?
US Perm: 1 Perm (US) = 1 Grain/(h·ft²·inHg) = 5.72135 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²)
Metric Perm: 1 Perm (metrisch) = 1 g/(Pa·s·m²) = 57.45 Perm-Inch (US)
Hinweis: Perm-Inch beinhaltet die Dicke; Perm ist die Permeanz (bereits durch die Dicke geteilt)
Baumaterialklassifikationen
| Kategorie | Beschreibung | Beispiele: |
|---|---|---|
| Dampfsperren (< 0.1 Perm) | Blockieren fast den gesamten Feuchtigkeitstransport | Polyethylenfolie (0.06 Perm), Aluminiumfolie (0.0 Perm), Vinyltapete (0.05 Perm) |
| Dampfbremsen (0.1-1 Perm) | Verlangsamen die Feuchtigkeit erheblich, sind aber keine vollständige Barriere | Ölfarbe (0.3 Perm), Kraftpapier (0.4 Perm), Sperrholz (0.7 Perm) |
| Semi-permeabel (1-10 Perm) | Ermöglichen einen gewissen Feuchtigkeitstransport | Latexfarbe (1-5 Perm), OSB-Platten (2 Perm), Baupapier (5 Perm) |
| Permeabel (> 10 Perm) | Ermöglichen freien Feuchtigkeitstransport | Ungestrichener Gipskarton (20-50 Perm), Glasfaserisolierung (>100 Perm), Hausfolie (>50 Perm) |
Kaltes Klima: In kalten Klimazonen werden Dampfsperren auf der warmen (Innenseite) Seite angebracht, um zu verhindern, dass Innenfeuchtigkeit in kalten Wandhohlräumen kondensiert.
Heiß-feuchtes Klima: In heißen, feuchten Klimazonen sollten Dampfsperren außen angebracht werden ODER es sollten permeable Wände verwendet werden, um ein Austrocknen in beide Richtungen zu ermöglichen.
Schnelle Umrechnungstabellen
Magnetische Permeabilität
| Von | Zu |
|---|---|
| 1 H/m | 1,000,000 μH/m |
| 1 H/m | 795,774.7 μᵣ |
| μ₀ (Vakuum) | 1.257 × 10⁻⁶ H/m |
| μ₀ (Vakuum) | 1.257 μH/m |
| μᵣ = 1000 (Eisen) | 0.001257 H/m |
Fluidpermeabilität (Darcy)
| Von | Zu |
|---|---|
| 1 Darcy | 1,000 Millidarcy (mD) |
| 1 Darcy | 9.869 × 10⁻¹³ m² |
| 1 Millidarcy | 10⁻⁶ Darcy |
| 1 Nanodarcy | 10⁻⁹ Darcy |
| 1 m² | 1.013 × 10¹² Darcy |
Gaspermeabilität
| Von | Zu |
|---|---|
| 1 Barrer | 10,000 GPU |
| 1 Barrer | 3.348 × 10⁻¹⁶ mol·m/(s·m²·Pa) |
| 1 GPU | 10⁻⁴ Barrer |
| 100 Barrer | Gute Barriere |
| > 1000 Barrer | Schlechte Barriere (hohe Permeabilität) |
Wasserdampfpermeabilität
| Von | Zu |
|---|---|
| 1 Perm (US) | 5.72 × 10⁻¹¹ kg/(Pa·s·m²) |
| 1 Perm-Inch | 1.459 × 10⁻¹² kg·m/(Pa·s·m²) |
| 1 Perm (metrisch) | 57.45 Perm-Inch (US) |
| < 0.1 Perm | Dampfsperre |
| > 10 Perm | Dampfdurchlässig |
Häufig gestellte Fragen
Kann ich Darcy in Barrer oder Perm umrechnen?
Nein! Diese messen völlig unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Fluidpermeabilität (Darcy), Gaspermeabilität (Barrer), Dampfpermeabilität (Perm) und magnetische Permeabilität (H/m) sind vier verschiedene Größen, die nicht ineinander umgerechnet werden können. Verwenden Sie den Kategoriefilter im Umrechner.
Warum hängt die Gaspermeabilität vom jeweiligen Gas ab?
Unterschiedliche Gase haben unterschiedliche Molekülgrößen und Wechselwirkungen mit Materialien. H₂ und He dringen schneller durch als O₂ oder N₂. Geben Sie immer das Gas an: 'O₂-Permeabilität = 0.5 Barrer', nicht nur 'Permeabilität = 0.5 Barrer'.
Was ist der Unterschied zwischen Perm und Perm-Inch?
Perm-Inch ist die Permeabilität (eine dickenunabhängige Materialeigenschaft). Perm ist die Permeanz (hängt von der Dicke ab). Beziehung: Permeanz = Permeabilität/Dicke. Verwenden Sie Perm-Inch zum Vergleich von Materialien.
Wie verwenden Erdölingenieure Darcy?
Die Permeabilität der Lagerstätte bestimmt die Öl-/Gasflussraten. Eine Lagerstätte mit 100 mD könnte 500 Barrel/Tag produzieren; eine dichte Gaslagerstätte mit 1 mD erfordert Hydraulic Fracturing. Schieferformationen (1-100 nD) sind extrem dicht.
Warum ist die relative Permeabilität (μᵣ) dimensionslos?
Es ist ein Verhältnis, das die Permeabilität eines Materials mit der Permeabilität des Vakuums (μ₀) vergleicht. Um die absolute Permeabilität in H/m zu erhalten: μ = μ₀ × μᵣ = 1.257×10⁻⁶ × μᵣ H/m. Für Eisen (μᵣ = 5000) ist μ = 0.00628 H/m.
Ist hohe Permeabilität immer gut?
Das hängt von der Anwendung ab! Ein hoher Darcy-Wert ist gut für Ölquellen, aber schlecht für die Eindämmung. Ein hoher Barrer-Wert ist gut für atmungsaktive Stoffe, aber schlecht für Lebensmittelverpackungen. Berücksichtigen Sie Ihr technisches Ziel: Barriere (niedrig) oder Fluss (hoch).
Was bestimmt die Platzierung der Dampfsperre in Gebäuden?
Das Klima! Kalte Klimazonen erfordern Dampfsperren auf der warmen (Innenseite), um zu verhindern, dass Innenfeuchtigkeit in kalten Wänden kondensiert. Heiße, feuchte Klimazonen erfordern Sperren auf der Außenseite ODER permeable Wände, um das Austrocknen in beide Richtungen zu ermöglichen. Eine falsche Platzierung verursacht Schimmel und Fäulnis.
Welche Materialien haben die höchste/niedrigste Permeabilität?
Magnetisch: Supermalloy (μᵣ~1M) vs. Vakuum (μᵣ=1). Fluid: Kies (>10 D) vs. Schiefer (1 nD). Gas: Silikon (3000+ Barrer für CO₂) vs. metallisierte Folien (0.001 Barrer). Dampf: Glasfaser (>100 Perm) vs. Aluminiumfolie (0 Perm).
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