Wärmeleitung
Wärmeleitung (oder Wärmeleitung) ist die Bewegung von Wärme von einem Objekt zu einem anderen, das eine unterschiedliche Temperatur hat, wenn sie sich berühren. Zum Beispiel können wir unsere Hände durch die Berührung von Wärmflaschen wärmen. Wenn die kalten Hände die Wärmflasche berühren, fließt Wärme vom wärmeren Objekt (Wärmflasche) zum kälteren (Hand). Menschen stellen Dinge mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit her, zum Beispiel Kochgeschirr zum Erwärmen von Dingen oder isolierte Behälter, um heiße Dinge warm oder kalte Dinge kalt zu halten.
Andere Möglichkeiten der Wärmeübertragung sind durch Wärmestrahlung und/oder Konvektion. Meist laufen mehrere dieser Prozesse gleichzeitig ab.
Wenn wir eine Wärmflasche berühren, erhalten wir Wärme durch Wärmeleitung.
Mikroskopische Erklärung
In der Atomtheorie bestehen Festkörper, Flüssigkeiten und Gase aus winzigen Teilchen, die "Atome" genannt werden. Die Temperatur des Materials misst, wie schnell sich die Atome bewegen, und die Wärme misst die Gesamtenergiemenge, die durch die Schwingung der Atome entsteht.
Konduktion kann auftreten, wenn ein Teil eines Materials erhitzt wird. Die Atome in diesem Teil schwingen schneller und treffen mit größerer Wahrscheinlichkeit auf ihre Nachbarn. Durch die Stöße bewegen sich diese Atome auch schneller und geben die Wärmeenergie an sie ab. Auf diese Weise wandert die Energie durch den Festkörper. (Ähnlich wie die Art und Weise, in der die Energie entlang einer Reihe von taumelnden Dominosteinen fließt).
Das atomare Bild hilft auch zu erklären, warum die Leitung in Festkörpern wichtiger ist: In Festkörpern liegen die Atome nahe beieinander und können sich nicht bewegen. In Flüssigkeiten und Gasen können sich die Teilchen aneinander vorbei bewegen, so dass die Kollisionen weniger häufig vorkommen.
Gesetz der Wärmeleitung
Das Gesetz der Wärmeleitung, auch als Fourier-Gesetz bekannt, bedeutet, dass die zeitliche Rate der Wärmeübertragung durch ein Material proportional zum negativen Temperaturgradienten und zu der Fläche im rechten Winkel zu diesem Gradienten ist, durch die die Wärme fließt:
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\teilweise Q}{\teilweise t}}}=-k\Punkt _{S}{\nabla T\cdot \,dS}} 
wo:
Q ist die Menge der übertragenen Wärme und
t ist die benötigte Zeit, und
k die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist" und
S ist der Bereich, durch den die Wärme fließt, und
T ist die Temperatur.
Die Wärmeleitfähigkeit variiert normalerweise mit der Temperatur, aber die Variation kann bei einigen gebräuchlichen Materialien über einen signifikanten Temperaturbereich gering sein.
Linearer Wärmestrom
Verwandte Seiten
- Wärmeübertragung
- Konvektion
- Thermische Strahlung
Fragen und Antworten
F: Was ist Wärmeleitung?
A: Unter Wärmeleitung versteht man die Übertragung von Wärme zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichen Temperaturen, wenn diese miteinander in Kontakt kommen.
F: Kann Wärmeleitung auch zwischen Objekten mit derselben Temperatur stattfinden?
A: Nein, Wärmeleitung findet nur zwischen Objekten mit unterschiedlichen Temperaturen statt.
F: Was ist ein Beispiel für Wärmeleitung?
A: Ein Beispiel für Wärmeleitung ist das Erwärmen der Hände durch Berühren einer Wärmflasche. Wenn die kälteren Hände mit der heißeren Wasserflasche in Berührung kommen, fließt Wärme vom heißeren zum kälteren Objekt.
F: Welche Materialien haben eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit?
A: Kochgeschirr kann aus Materialien mit unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden, ebenso wie isolierte Behälter für heiße oder kalte Gegenstände.
F: Gibt es neben der Wärmeleitung noch andere Möglichkeiten der Wärmeübertragung?
A: Ja, Wärme kann auch durch Strahlung und Konvektion übertragen werden.
F: Laufen alle Wärmeübertragungsprozesse einzeln ab?
A: Nein, normalerweise finden mehrere dieser Wärmeübertragungsprozesse (Leitung, Strahlung und Konvektion) gleichzeitig statt.
F: Kann Wärmeübertragung im Vakuum stattfinden?
A: Ja, Wärmeübertragung durch Strahlung kann in einem Vakuum stattfinden. Auf diese Weise erreicht die Wärme der Sonne die Erde.
