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Tutorial MenueKompaktkurs WärmetransportLerneinheit 1 von 7

Grundlagen Wärmetransport

Einleitung

Wärmetransport, warum wichtig?

Abb.1

Beim Ablauf chemischer Reaktionen in Reaktoren ist eine genaue Kenntnis von Wärmetransport- bzw. Wärmeübertragungsmechanismen notwendig, um einen sicheren Ablauf des Prozesses und eine richtige Dimensionierung der Reaktoren, Trennkolonnen, Wärmetauscher und Rohrleitungen zu gewährleisten. Neben den chemischen und verfahrenstechnischen sind auch wirtschaftliche und ökologische Gesichtspunkte von großer Bedeutung, da Energieverluste mit zusätzlichen Kosten und Umweltbelastungen einhergehen.

Was ist Wärmetransport?

Wärme kann als kinetische Energie ungeordneter Molekülbewegungen angesehen werden. Die Temperatur ist dabei ein Maß für den Mittelwert dieser Wärmeenergie. Wenn sich zwei verschieden temperierte und thermisch nicht isolierte Körper gegenseitig berühren, so streben sie einem Temperaturausgleich zu. Was der eine der beiden Körper dabei an Wärmeenergie abgibt, nimmt der andere Körper auf.

Abb.2

Schaltet man zwischen diese beiden Körper ein drittes System ein, so übernimmt dieses die Funktion einer Wärmebrücke, über die der Wärmetransport zwischen den beiden Körpern erfolgt. Dabei bildet sich in dem dazwischengeschalteten System eine bestimmte (u.U. zeitabhängige) Temperaturverteilung aus. Der Vorgang ist beendet, wenn alle drei Körper schließlich die gleiche Temperatur angenommen haben und das gesamte System sich somit im Zustand des thermischen Gleichgewichts befindet.

Die Wärmeübertragung in Nichtleitern beruht auf der Impulsübertragung zwischen ungeordnet schwingenden Atomen bzw. Molekülen, wodurch die Molekülschwingungen weitergeleitet werden. In metallischen Leitern erfolgt ein zusätzlicher Wärmetransport durch die freien Elektronen. Da der Anteil an der Wärmeleitung durch Elektronen überwiegt, ist die Wärmeleitung in Metallen stärker als in Isolatoren.

Aufgabe: Welche Temperatur hat das Weltall?

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