Wärmeleitung

Unter Wärmeleitung versteht man das direkte Übertragen der Energieform Wärme durch einen physikalischen Körper ohne Materietransport .


  • Wärmeleitung erfolgt immer von höherer Temperatur zu niedrigerer Temperatur.
  • Die Übertragung der Energieform Wärme geschieht bei diesem Prozess ohne Materieübertragung.
  • Jeder physikalische Stoff hat eine bestimmte Wärmeleitfähigkeit λ. Diese ist temperaturabhängig.

Erklärung

Bei der Wärmeleitung überträgt sich die Energie durch Austausch von kinetischer Energie der einzelnen Atome oder Moleküle. Die kinetische Energie der Teilchen bestimmt die Temperatur des Stoffes.

Die Wärmeleitung muss immer von einem wärmeren Reservoir (kinetische Energie der Teilchen höher) zu einem kälteren Reservoir (kinetische Energie der Teilchen niedriger) führen.

Ein Sonderfall der Wärmeleitung ist das Übertragen der Wärme in Metallen durch freie Elektronen. Metalle sind also sehr gute Wärmeleiter.

Wärmeleitfähigkeit λ

Die Wärmeleitfähigkeit λ eines Stoffes ist zum einen temperaturabhängig und für jeden Stoff individuell. Die Wärmeleitfähigkeit gibt an, wie gut ein Material die Energieform Wärme leitet.

Ist die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes gering, so eignet sich dieser gut für Wärmedämmung.

Im Folgenden ist die ungefähre Wärmeleitfähigkeit λ von verschiedenen Materialien aufgeführt. Diese kann sich jedoch je nach Temperatur verändern.

Material

\lambda\space \text{in} \space\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot(\text{K})}λ in Wm(K)\lambda\space \text{in} \space\frac{\text{W}}{\text{m}\cdot(\text{K})}

Silber

430430430

Eisen

83,583,583,5

Luft

0,2610,2610,261

Plastik

0,20,20,2

Glas

0,760,760,76

Kupfer

403403403

Beispiele

Wärmeleitung

Ein Ingenieur soll mithilfe von Kabeln Wärme übertragen. Warum verwendet er Kupfer und nicht Plastik?

Antwort

Wie du in der Tabelle oben sehen kannst, hat Kupfer eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit λ. Da der Ingenieur möglichst gut die Wärme übertragen soll, wird er natürlich Kupfer wählen.

Wärmedämmung

Welche Eigenschaft muss ein Material erfüllen, damit es sich zur Wärmedämmung eignet?

Antwort

Jedes Material, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit λ als Luft hat, eignet sich zur Wärmedämmung in Luft. Je niedriger der Wert der Wärmeleitfähigkeit λ des Materials ist, desto besser eignet es sich zur Wärmedämmung.

Wärmedämmung

Ein Silberkabel überträgt Wärme senkrecht durch einen mit Luft gefüllten Quader. Das Kabel wird beim ersten Versuch mit Plastik umhüllt, beim zweiten mit Eisen. Wann erhitzt sich die Luft im Quader mehr?

Antwort

Die Luft im Quader erhitzt sich bei dem mit Eisen umhüllten Silberkabel mehr. Denn das Eisen überträgt aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit λ mehr Wärme vom Silberkabel zur Luft im Quader.

Du könntest auch so argumentieren, dass Plastik die geringere Wärmeleitfähigkeit λ besitzt, und deshalb besser zur Wärmedämmung geeignet ist. Somit verliert das Silberkabel weniger Wärme an die Luft im Quader.

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