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Tutorial MenueKompaktkurs WärmetransportLerneinheit 1 von 7

Grundlagen Wärmetransport

Der Wärmestrom Q ·

Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ

Der in der 1. Fourier-Gleichung enthaltene Proportionalitätsfaktor λ heißt Wärmeleitfähigkeitskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit oder auch Wärmeleitzahl. Er ist ein stoffspezifischer Wert mit der Dimension Leistung pro Länge und Temperatur.

  • λ besitzt die Einheit W K-1 m-1 ,
  • ist definiert als die Wärmemenge, die in einer Zeiteinheit durch eine Schicht der Flächen- und Dickeneinheit bei 1K Temperaturdifferenz geht,
  • ist vom Druck nahezu unabhängig,
  • steigt bei den meisten homogenen Festkörpern linear mit der Temperatur.
  • Metalle haben sehr große Wärmeleitfähigkeiten und zeigen eine starke Abhängigkeit bei Beimengungen .
  • Für Baumaterialien, Isolierstoffe liegt die Wärmeleitzahl bei niedrigeren Werten als für Metalle (, ), was z.T. auf eingeschlossene Luft zurückzuführen ist.
  • Wärmeleitfähigkeiten von Flüssigkeiten und Gasen (, ) liegen bei noch kleineren Werten (die Bestimmung von Zahlenwerten wird durch konvektiven Wärmetransport erschwert).
  • Die Druckabhängigkeit bei Gasen ist in einem Bereich von 1 bis 101kPa vernachlässigbar.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient λ von ausgewählten Stoffen:

Tab.1
Metalle (bei 20°C)
MetallWärmeleitkoeffizient λ in W K-1 m-1
Kupfer372
Aluminium229
Zink113
Stahl52
Bronze48
Blei35
VA-Stahl20
Tab.2
Baumaterial/Isolierstoffe
Baumaterial/Isolierstoffe λ in W K-1 m-1
Ziegelmauer0,7-0,9
Glas0,7-1,2
Gummi0,15
Asbest0,09
Holzfaser0,06
Schilfrohrmatten0,06
Glaswolle0,05
Kokosfaser0,05
Schaumglas0,05
Zellulosefaser0,04
Flachs0,04
Baumwolle0,04
Mineralfaser0,03-0,04
Polyurethan-Hartschaum0,03
Tab.3
Verunreinigung
Verunreinigung λ in W K-1 m-1
Kesselstein (silikatreich)0,1-0,2
Kesselstein (kalkreich)0,5-0,9
Kesselstein (gipsreich)1,7-2,4
Ölschichten0,12
Rostanstriche0,14
Reif0,2
Eis2,2
Tab.4
Flüssigkeiten
Flüssigkeit λ in W K-1 m-1
Diphenylgemisch0,136
Benzol0,147
Ethanol0,185
Ethylenglykol0,25
Glycerol0,279
Wasser0,59
Tab.5
Wärmeleitfähigkeitskoeffizient (in W K-1 m-1 ) von Luft und Wasserdampf als Funktion der Temperatur
Temperatur293 K393 K493 K593 K693 K793 K
Luft0,0240,0310,0370,0420,0480,052
Wasserdampf0,0170,0240,0330,0420,0550,075

Alle Tabellen aus: Vauck, Müller: Grundoperationen chem. Verfahrenstechnik; 8. Auflage VCH 1990 S.389 ff. und Cerbe/Hoffmann: Einführung in die Wärmelehre; 6. Aufl. Hanser Verlag München; 1982

Film: Wärmeleitung von Metallen

Film: Wärmeleitung von Wasser

Der Wärmestrom Q ·

  • Der Wärmestrom Q · ist von der Größenart einer Leistung.
  • Er besitzt die Einheit J s-1 = W

Bezogen auf die Fläche A wird die durchströmende Wärme als Wärmestromdichte oder Heizflächenbelastung q · bezeichnet:

q · = Q · A = - λ Δ z · Δ T
Tab.6
Legende
SymbolBeschreibungEinheit
q · Wärmestromdichte (flächenbezogener Wärmestrom) W m-2
Q · WärmestromW
λ Wärmeleitfähigkeitskoeffizient W K-1 m-1
A Flächem2
Δ T TemperaturdifferenzK
Δ z Dicke der Wandm

Vertiefung: elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit

Vertiefung: Instationäre Wärmeleitung

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