Wärmelehre
Wärmeübertragung
Wärme kann auf drei verschiedene Arten übertragen werden: durch Strahlung, Leitung oder Konvektion.
Überblick
Drei Arten der Wärmeübertragung
Wärmestrahlung
Energie durch elektromagnetische Wellen
Wärmestrahlung überträgt Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung (Infrarotstrahlung). Sie benötigt kein Medium — Energie kann auch durch das Vakuum übertragen werden.
Schlüsseleigenschaft
Kein Medium notwendig — funktioniert auch im Vakuum.
Beispiele
Stefan-Boltzmann-Gesetz
ε = Emissionsgrad, σ = Stefan-Boltzmann-Konstante, A = Fläche, T = Temperatur
Wärmeleitung
Energie durch direkten Kontakt
Wärmeleitung erfolgt durch direkte Weitergabe von Schwingungsenergie zwischen benachbarten Teilchen. Sie findet vor allem in Festkörpern statt, da die Teilchen dort eng beieinander sind.
Schlüsseleigenschaft
Nur in Materie möglich — kein Transport von Materie selbst.
Beispiele
Fouriersches Wärmeleitungsgesetz
λ = Wärmeleitfähigkeit, A = Querschnittsfläche, ΔT/Δx = Temperaturgradient
Konvektion
Energie durch strömende Materie
Bei der Konvektion wird Wärme durch die tatsächliche Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen transportiert. Warme, leichtere Teilchen steigen auf, kühle, schwerere sinken ab.
Schlüsseleigenschaft
Nur in Flüssigkeiten und Gasen möglich — Materie bewegt sich.
Beispiele
Newtonsches Abkühlungsgesetz
h = Wärmeübergangskoeffizient, A = Fläche
Vergleich
Gegenüberstellung
| Wärmestrahlung | Wärmeleitung | Konvektion | |
|---|---|---|---|
| Medium notwendig? | Nein | Ja | Ja |
| Aggregatzustand | Vakuum / alle | Festkörper | Flüssigkeit / Gas |
| Materietransport? | Nein | Nein | Ja |
| Geschwindigkeit | Lichtgeschwindigkeit | Langsam | Mittel |