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Thermodynamik.
Energieumwandlung

Wärmeübertragung: Mechanismen und Arten der Wärmeübertragung

Wärmeübertragung: Mechanismen und Arten der Wärmeübertragung

Unter Wärmeübertragung verstehen wir die Übertragung eines Energieflusses in Form von Wärme von einem Körper auf einen anderen. Es gibt verschiedene Mechanismen, um Wärme zu übertragen, aber bei allen wandert die Wärme gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vom heißen Körper zum kalten Körper.

Die Wärmeübertragung spielt eine entscheidende Rolle für die Entwicklung des Lebens auf der Erde. In unserem Alltag finden wir viele Beispiele für Wärmeübertragung. Ebenso ist es auch in vielen industriellen Prozessen sehr wichtig.

Wärmeübertragungsmechanismen

Es gibt drei Arten der Wärmeübertragung: Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung:

  • Wärmeleitung: Wärmeleitung tritt auf, wenn zwei Objekte mit unterschiedlichen Temperaturen in direktem Kontakt stehen. Über die Kontaktstellen gelangt Wärme vom heißen zum kalten Objekt.

  • Wärmestrahlungsübertragung: Dieser Wärmeübertragungsmechanismus erfolgt durch elektromagnetische Wellen und kann durch ein Vakuum übertragen werden. Die übertragene Wärmemenge hängt von der Wellenlänge ab. Auf diese Weise wandert die Sonnenstrahlung durch das Sonnensystem.

  • Konvektive Wärmeübertragung. Der Konvektionsprozess erfolgt über ein energietransportierendes Zwischenmedium, meist Flüssigkeiten und Gase wie Luft oder Wasser.

Wärmeübertragung durch Wärmeleitung

Wärmeleitungsübertragung tritt auf, wenn zwei Substanzen in direktem Kontakt stehen und ein Temperaturunterschied besteht.

Wärme fließt von Teilchen mit höherer kinetischer Energie (Temperatur) zu weniger energiereichen (kühleren) Teilchen. Der Wärmestrom hängt von der Temperaturdifferenz über die Strecke (dem Temperaturgradienten) und dem Wärmestrom-Innenwiderstand des jeweiligen Materials ab, der als Wärmeleitfähigkeit oder Wärmeleitzahl bezeichnet wird. Dieses Prinzip wird im Fourierschen Gesetz ausgedrückt.

Beispiel Wärmeleitung

Ein Beispiel für Wärmeübertragung durch Wärmeleitung ist, wenn wir ein Stück Eis mit unserer Hand berühren. Die Kälte, die wir empfinden, entsteht, weil wir Wärme von unserem Körper auf das Eis übertragen.

Strahlungswärmeübertragung

Übertragung von Wärmeenergie durch Strahlung. Dies ist die Übertragung von Wärme zwischen zwei Körpern, die sich nicht berühren, ohne dass ein Zwischenprodukt verwendet wird. Ein Körper ist heiß und gibt daher viel elektromagnetische Strahlung ab und verliert daher Wärme, und der andere Körper absorbiert einen Teil der einfallenden Strahlung und wandelt ihn in Wärme um.

Beispiel Wärmeübertragung durch Strahlung

Ein Beispiel für die Übertragung durch Strahlung ist die ultraviolette Strahlung der Sonne.Solarenergie wird durch elektromagnetische Wellen durch den Weltraum übertragen.

konvektive Wärmeübertragung

Konvektive Wärmeübertragung ist die Übertragung von Wärme durch die Verdrängung einer warmen Flüssigkeit oder eines heißen Gases oder einer kalten Flüssigkeit oder eines kalten Gases. Wenn Wärme die Strömung antreibt, kann das Ausmaß der Strömung als Wärmeübergangskoeffizient ausgedrückt werden.

Es gibt zwei Arten von thermischer Konvektion:

  • Natürliche Konvektion findet ohne künstliche Hilfe statt. Die Bewegung des Fluids wird durch Dichteunterschiede aufgrund des Temperaturunterschieds erzeugt.

  • Erzwungene Konvektion tritt auf, wenn die Bewegung der Flüssigkeit durch einen künstlichen Mechanismus wie eine Wasserpumpe erfolgt.

Beispiel Wärmeübertragung durch Konvektion

Ein Beispiel für konvektive Wärmeübertragung ist der Betrieb eines Ventilators. Wenn der Lüfter läuft, transportiert die Umluft die heiße Luft, die mit der Haut in Berührung kommt, ab und ersetzt sie durch kühlere Luft.

Ein weiteres Beispiel für Konvektion tritt in einer heißen Dusche auf. Die elektrische Heizung erwärmt Wasser, indem sie seine Wärmeenergie erhöht. Das heiße Wasser fließt durch die Rohre, bis es die Dusche erreicht, es fällt auf uns und überträgt die Wärme.

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Veröffentlichungsdatum: 1. Februar 2020
Letzte Überarbeitung: 23. Februar 2023