Dieser ist das Maß dafür, wie gut Wärme von einem Medium zum anderen übertragen wird. Die Wärmeleitung findet statt:
Jeder Stoff kann die Wärme unterschiedlich leiten.
Dies reduziert den Energiebedarf für die Erwärmung der Frischluft und ist besonders effizient in der Lüftungs- und Klimatechnik.
Luft-Wasser-Wärmetauscher hingegen bringen die Wärmeübertragung zwischen Luft und Wasser ins Spiel. Stickstoff (0,026 W/m*K), da sie sich bei gleichem Energiegehalt schneller bewegen.
Sie ist abhängig von seinem Wärmeleitkoeffizienten, der spezifischen Wärmekapazität sowie seiner Dichte.
Eine höhere Anzahl an Leitungselektronen führt zu einer entsprechend höheren Wärmeleitfähigkeit. Auch im Alltag begegnet uns Wärmestrahlung, etwa bei Strahlungsheizungen oder Infrarotheizungen, die Objekte direkt erwärmen, ohne die Luft zu erhitzen.
In diesem Fall trägt auch die Konvektion zur Wärmeübertragung bei.
Der Wärmestrom beim Wärmetransport zwischen einem Festkörper und strömenden Medium durch Konvektion ist proportional zur Temperaturdifferenz und Grenzfläche und wird durch folgende Gleichung beschrieben:
Der Proportionalitätsfaktor α wird als Wärmeübergangskoeffizient oder Wärmeübergangszahl bezeichnet und in der Einheit W/m2*K (Watt pro Quadratmeter und Kelvin) angegeben.
Leichte Atome oder Moleküle, wie Wasserstoff (0,186 W/m*K), besitzen höhere Wärmeleitzahlen als schwere, wie Luft bzw. Diese Technologie wird oft in der Industrie oder in gewerblichen Klimaanlagen eingesetzt.
Bei Wasser-Wasser-Wärmetauschern, wie Anthermos Koaxial-Wärmetauscher, findet die Wärmeübertragung hauptsächlich durch Wärmeleitung statt.
Ein größerer Unterschied führt zu einer stärkeren Übertragung.
All diese Faktoren beeinflussen den sogenannten Wärmeübergangskoeffizienten. Bei der Konvektion wird Wärme durch strömende Teilchen übertragen, bei der Wärmestrahlung durch elektromagnetische Wellen. In solchen Systemen wird die Wärme effizient von einem Wasserkreislauf zum anderen geleitet, was sie besonders für Anwendungen eignet, bei denen eine präzise Temperaturregelung erforderlich ist.
Da die Teilchendichte in Flüssigkeiten höher ist als in Gasen und damit die molekularen Wechselwirkungen häufiger und stärker sind, haben Flüssigkeiten eine etwa zehnmal höhere Wärmezahl als Gase.
Die Wärmeleitfähigkeit gibt an, wie schnell sich Wärme in einem Stoff ausbreiten kann.
So wird der Metallgriff einer Pfanne auch warm, obwohl er die Herdplatte gar nicht direkt berührt. Es gibt daher gute und schlechte Wärmeleiter. Bei Luft-Luft-Wärmetauschern steht die Wärmeströmung, also die Konvektion, im Vordergrund. Aufgrund seiner Verfügbarkeit und leichten Handhabbarkeit wird es deshalb häufig als Heiz- oder Kühlmittel eingesetzt.
Luft, mit einer geringeren spezifischen Wärmekapazität von 1 kJ/kg*K, erwärmt sich stärker.
Es kann also nur wenig Wärme in einer bestimmten Zeit übertragen werden.
Als Wärmeübergang bezeichnest du die Wärmeleitung von einem Stoff zu einem anderen Stoff. Mit dem jeweiligen Wert lassen sich die guten Wärmeleiter von den schlechten Wärmeleitern unterscheiden.
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Die Wärmeleitfähigkeit von Stoffen ist unterschiedlich.
In Gasen stoßen Teilchen eines Stoffes mit anderen Teilchen zusammen und übertragen in einer Kollisionskette die Energie. Je niedriger die Temperaturleitfähigkeit eines Stoffes ist, desto langsamer verändert sich die Temperatur in diesem Stoff. Statt des Buchstabens α wird auch oft der Buchstabe h verwendet, aus dem Englischen „heat transfer coefficient“.
Er kann die Wärme sehr gut leiten.
Die Temperaturleitfähigkeit ist eine wichtige Kennzahl in der Bauindustrie sowie bei der Beurteilung von Heiz- und Kühlprozessen.
Ein bekanntes Beispiel ist die Sonnenstrahlung, die die Erde erwärmt. Dank guter Dämmwirkung und Formstabilität werden häufig Schutzschläuche und Isolierschläuche aus Kunststoffen genutzt, häufig in geschäumter Form mit Lufteinschlüssen, wie auch Schaumstoffplatten oder Moosgummiplatten.
Aus Elastomeren hergestellte Verschlusselemente wie Gummikappen und Gummistopfen eigenen sich selbst für den Einsatz in hohen Temperaturbereichen.
Die Wärmeleitfähigkeit von Gasen liegt deutlich unter denen von Feststoffen.
Im Folgenden siehst du einige Beispiele:
Was bedeutet Wärmeleitfähigkeit?
Die Effizienz der Wärmeleitung hängt von der Leitfähigkeit des Materials ab. Diese Art der Wärmeübertragung ist effizient und spielt eine wichtige Rolle in natürlichen und künstlichen Systemen.
Das Ausmaß der Wärmeübertragung ist von mehreren Faktoren abhängig:
Dies ist auch die Ursache, warum im Winter mehr geheizt werden muss als im Frühling oder Herbst, da im Winter die Differenz zwischen Außen- und Innentemperatur eines Hauses höher ist. Die Abhängigkeit des Wärmestroms von der Grenzfläche macht man sich in Heiz- und Kühlkörpern zunutze. Metalle sind typischerweise gute Wärmeleiter aufgrund der freien Elektronen, die Energie effizient übertragen können.
Wärmestrahlung ist eine Form der Energieübertragung durch elektromagnetische Wellen, ähnlich wie Licht, und kann auch im Vakuum stattfinden.
Dabei bewegen sich wärmere Teilchen des Mediums von einem Ort höherer Temperatur zu einem Ort niedrigerer Temperatur, was zu einem Austausch von Wärmeenergie führt. Im Folgenden siehst du ein paar Beispiele.
| Guter Wärmeleiter | λ | Schlechter Wärmeleiter | λ |
| Kupfer | 401 | Luft | 0,026 |
| Gold | 314 | Styropor | 0,05 |
| Aluminium | 236 | Holz | 0,19 |
| Eisen | 80,2 | Beton | 2,1 |
Wasser hat zum Beispiel eine hohe spezifische Wärmekapazität.
Nur wenn zwei Bereiche eines Stoffes unterschiedliche Temperaturen besitzen, kann ein Temperaturausgleich und somit die Wärmeleitung stattfinden.