Wärmeausbreitung, Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung
a) Beschreibe die Wärmeleitung durch Formeln und nenne die Dimension der Symbole
Die technischen Bezeichnungen sind
Schichtdicke d
Celsius-Temperatur θ
Temperaturdifferenz ΔT
Wärmemenge Q
Wärmestromdichte q
Wärmeübergangswiderstand Rsi
Wärmedurchgangswiderstand R
Spezifische Wärmekapazität c
Wärmedurchgangskoeffizient U
Wärmeleitfähigkeit
Zeitdauer t
Fläche A
b) Beschreibe den Begriff Konvektion
c) Was sagt das Stefan-Boltzmann-Gesetz über die Wärmestrahlung aus?
d) Was ist der graue Lambert-Strahler?
Lösung
a) Beschreibe die Wärmeleitung durch Formeln und nenne die Bedeutung der Symbole
Unter Wärmeleitung wird in der Physik der Wärmefluss in einem Kontinuum (Feststoff oder ruhende Flüssigkeit) infolge eines Temperaturunterschiedes verstanden. Wärme fließt dabei aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik von selbst immer nur in Richtung geringerer Temperatur. Aufgrund des Energieerhaltungssatzes geht dabei keine Wärme verloren.
Die technischen Bezeichnungen sind
Schichtdicke d m
Celsius-Temperatur θ Grad C
Temperaturdifferenz ΔT K, C
Wärmemenge Q kWh
Wärmestromdichte q W/m2
Wärmeübergangswiderstand Rsi m2 K/ W
Wärmedurchgangswiderstand R m2 K/ W
Spezifische Wärmekapazität c J/(kg K)
Wärmedurchgangskoeffizient U W/(m2 K)
Bauwesen: Höchstwerte U vorgeschrieben
Wärmeleitfähigkeit W/(m K)
Zeitdauer t s
Fläche A m2
R = d1/ 1 + d2/ 2 + ...
U = 1/ (Rsi + R + Rso)
Die in allen Schichten gleich große Wärmestromdichte ist
q = U . (i - o)
Q = . t . A . ΔT/ d
An der Stelle des Wärmeübergangs tritt ein Temperatursprung auf.
Q = . t . A . ΔT
b) Beschreibe den Begriff Konvektion
Konvektion ist die Wärmeabgabe eines ruhenden Mediums an ein strömendes Medium; oder umgekehrt.
c) Was sagt das Stefan-Boltzmann-Gesetz über die Wärmestrahlung aus?
Jeder Körper, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, sendet Wärmestrahlung aus. Ein Schwarzer Körper ist ein idealisierter Körper, der alle auf ihn treffende Strahlung vollständig absorbieren kann (Absorptionsgrad = 1).
Das Stefan-Boltzmann-Gesetz gibt an, welche Strahlungsleistung P ein Schwarzer Körper der Fläche A und der absoluten Temperatur T emittiert.
P = . A . T4
Die Stefan-Boltzmann-Konstante ist 5,67 . 10-8 W/(m2 K4)
d) Was ist der graue Lambert-Strahler?
Der graue Lambert-Strahler ist ein nicht-schwarzer Körper, der richtungsunabhängig strahlt (so genannter Lambert-Strahler) und dessen Emissionsgrad für alle Frequenzen denselben Wert hat (so genannter Grauer Körper), dann ist die von diesem abgegebene Strahlungsleistung
P = (T) . . A . T4
Emissionsgrad epsilon