Es gibt drei Arten Wärmeübertragung atau Wärmeübertragungeinschließlich Wärmeübertragung durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung.
Wärmeübertragung durch Wärmeleitung. Wenn ein heißer Gegenstand mit einem kalten Gegenstand in Kontakt kommt, wird Energie vom heißen auf den kalten Gegenstand übertragen. Diese zusätzliche Energie versetzt die Atome und Moleküle, aus denen der Gegenstand besteht, in schnellere Bewegung. Während dieser Bewegung besitzen die Moleküle kinetische Energie (EK = ½ mv²).2Schnellere Moleküle (mit höherer kinetischer Energie) stoßen mit benachbarten Molekülen zusammen. Diese Moleküle stoßen dann wiederum mit anderen benachbarten Molekülen zusammen. Und so weiter. Die Moleküle stoßen also miteinander zusammen und übertragen dabei Energie. Wärmeübertragung Die Wärmeleitung, die durch Zusammenstöße zwischen den Molekülen eines Objekts entsteht, wird als Wärmeleitung bezeichnet. Wärmeleitung findet üblicherweise in Festkörpern oder von Festkörpern zu Flüssigkeiten (Flüssigkeit zu Festkörpern) oder von Festkörpern zu Gasen (Gas zu Festkörpern) statt.
Wärmeübertragung durch Konvektion. Konvektion tritt typischerweise in Flüssigkeiten (wie Wasser) und Gasen (wie Luft) auf. Sie ist die Wärmeübertragung, die mit der Bewegung eines Objekts aufgrund von Dichteänderungen einhergeht. Die Dichte eines Objekts ändert sich mit seinem Volumen. Das Volumen eines Objekts ändert sich, wenn es Wärme aufnimmt.
Wärmeübertragung durch Strahlung. Strahlung ist die Übertragung von Wärme in Form elektromagnetischer Wellen. Beispiele für Strahlung sind die Wärme, die Ihr Körper in der Nähe eines Herdes spürt, und die Strahlung der Sonne zur Erde. Die Sonne hat eine höhere Temperatur (etwa 6000 Kelvin), die Erde hingegen eine niedrigere. Dieser Temperaturunterschied zwischen Sonne und Erde bewirkt, dass Wärme von der Sonne (höhere Temperatur) zur Erde (niedrigere Temperatur) fließt. Würde die Strahlung von der Sonne zur Erde ein Medium wie Wärmeleitung oder Konvektion benötigen, würde die Wärme die Erde nicht erreichen, da sie ein Vakuum durchdringen müsste.
Beispiel für eine Frage
1. Nationale Physikprüfung SMA/MA 2015/2016, Frage Nr. 19
Zwei gleich große, aber aus unterschiedlichen Metallen bestehende Metallstäbe werden wie in der Abbildung unten dargestellt verbunden. Wenn die Wärmeleitfähigkeit von Metall I viermal so groß ist wie die von Metall II, dann beträgt die Temperatur an der Verbindungsstelle der beiden Metalle…
Ein 45oC
B. 40oC
C. 35oC
D. 30oC
E. 25oC
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Wärmeleitfähigkeit des Metalls I = 4k
Wärmeleitfähigkeit des Metalls II = k
Metallkantentemperatur I = 50oC
Metallkantentemperatur II = 0oC
Gefragt: Temperatur an der Grenzfläche der beiden Metalle
Antwort:
Die Formel für die Wärmeübertragungsrate durch Wärmeleitung:
Beschreibung: Q/t = Wärmestromdichte, k = Wärmeleitfähigkeit, A = Oberfläche, T1-T2 = Temperaturänderung, l = Länge des Stabes
Da die beiden Metalle die gleiche Größe haben, können A und l aus der Gleichung entfernt werden.
Die richtige Antwort ist B.
2. Nationale Physikprüfung SMA/MA 2015/2016, Frage Nr. 19
Die folgende Abbildung zeigt Metallstäbe A und B unterschiedlicher Art, die an einem Ende miteinander verbunden sind.
Die Querschnittsfläche beider Stäbe ist gleich, aber die Länge von A ist doppelt so groß wie die von B und der Wärmeleitkoeffizient von A ist dreimal so groß wie der von B. Wenn die freien Enden von A und B unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind, dann ist die genaue Temperatur am Verbindungspunkt…
Ein 60oC
B. 64oC
C. 70oC
D. 76oC
E. 78oC
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Wärmeleitfähigkeit des Stabes A = 3k
Wärmeleitfähigkeit des Stabes B = k
Länge des Stabes A = 2l
Länge des Stabes B = l
Temperatur am Rand des Stabes A = 100oC
Temperatur am Rand des Stabes B = 40oC
Gefragt: Temperatur an der Verbindungsstelle der beiden Stäbe
Antwort:
Die Formel für die Wärmeübertragungsrate durch Wärmeleitung:
Beschreibung: Q/t = Wärmestromdichte, k = Wärmeleitfähigkeit, A = Oberfläche, T1-T2 = Temperaturänderung, l = Länge des Stabes
Da beide Stäbe die gleiche Querschnittsfläche haben, entfällt A aus der Gleichung.
Die richtige Antwort ist D.
3. Nationale Physikprüfung SMA/MA 2014/2015, Frage Nr. 14
Beachten Sie die folgende Aussage:
(1) Metallleitfähigkeit
(2) Temperaturdifferenz zwischen den Metallenden
(3) Länge des Metalls
(4) Metallmasse
Die Faktoren, die die Geschwindigkeit der Wärmeausbreitung in Metallen bestimmen, sind….
A. (1), (2) und (3)
B. (1) und (4)
C. (2) und (4)
D. (3) und (4)
E. (4) nur
Diskussion
Die Wärmeübertragung in Metallen erfolgt durch Wärmeleitung. Die Formel für die Wärmeübertragungsrate durch Wärmeleitung:
Beschreibung: Q/t = Wärmestromdichte, k = Wärmeleitfähigkeit, A = Oberfläche, T1-T2 = Temperaturänderung, l = Länge des Stabes
Die richtige Antwort ist A.
