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Wärmeübertragung: Wärmeleitung
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Arten der Wärmeübertragung

WebinarTerminankündigung aus unserem Online-Kurs Thermodynamik:
 Am 13.12.2016 (ab 16:00 Uhr) findet unser nächstes Webinar statt.
Gratis-Webinar (Thermodynamik) Innere Energie, Wärme, Arbeit
- Innerhalb dieses 60-minütigen Webinares wird der 1. Hauptsatz der Thermodynamik für geschlossene Systeme behandelt und auf die innere Energie, Wärme und Arbeit eingegangen.
[weitere Informationen] [Terminübersicht]

Unter Wärmeübertragung versteht man einen Energietransport aufgrund eines Temperaturunterschiedes zwischen einem thermodynamischen System und seiner Umgebung. 

Heizstrahler
Heizstrahler

Wichtig

2. Hauptsatz der Thermodynamik

Wärme fließt stets vom Ort höherer Temperatur zum Ort niedriger Temperatur. 

Man unterscheidet zwei Arten des Wärmetransports:

In diesem Abschnitt werden die zwei Arten der Wärmeübertragung aufgeführt (siehe Nußelt 1915: Das Grundgesetz des Wärmeüberganges):

"Es wird vielfach in der Literatur behauptet, die Wärmeabgabe eines Körpers habe drei Ursachen: die Strahlung, die Wärmeleitung und die Konvektion. Diese Teilung der Wärmeabgabe in Leitung und Konvektion erweckt den Anschein, als hätte man es mit zwei unabhängigen Erscheinungen zu tun. Man muss daraus schließen, dass Wärme auch durch Konvektion ohne Mitwirkung der Leitung übertragen werden könnte. Dem ist aber nicht so."

Wärmeleitung

Bei der Wärmeleitung in einem Feststoff (z.B. die Wärmeleitung in einer Wand) wie auch bei der Konvektion, also zwischen einem bewegten Fluid und einem Feststoff wird Wärme aufgrund von Temperaturunterschieden übertragen.

Beispiel

Wärmeleitung tritt beispielsweise zwischen der Innen- und Außenfläche einer Wand auf, wenn die Innenfläche eine andere Temperatur aufweist als die Außenfläche der Wand.

Bei der Wärmeleitung von einer Oberfläche an ein bewegtes Fluid (oder umgekehrt) ist auch die Rede von Konvektion. Unter der Konvektion (lateinisch: convectum "mitgetragen") versteht man das Mitführen thermischer Energie bzw. Wärme. Die Wärme wird bei der Konvektion an die strömenden Flüssigkeits- bzw. Gasteilchen übertragen und wird dann von den Teilchen mitgeführt. 

Man unterscheidet zwei Arten von Konvektion:

  • die freie Konvektion,

  • die gezwungene Konvektion.

Bei der freien Konvektion resultiert der Teilchentransport ausschließlich aufgrund eines Temperaturunterschieds im Fluid. Dies führt zu Dichteunterschieden der Fluidschichten und damit zu einem strömen des Fluids, weil die Fluidschichten mit geringerer Dichte nach oben steigen, wohingegen die Fluidschichten mit höherer Dichte nach unten sinken.

Beispiel

Heizkessel einer Zentralheizung

Wird dieser an der tiefsten Ebene angebracht, so steigt das warme Wasser durch Konvektion nach oben in die Heizkörper, kühlt dort ab und fließt wieder nach unten.

Heizkessel
Heizkessel

Bei der gezwungenen Konvektion resultiert der Teilchentransport durch äußere Einwirkung (z.B. durch ein Gebläse oder eine Pumpe). Aufgrund der äußeren Einflüsse (z.B. Pumpen) werden Druckunterschiede im Fluid erzeugt, welche zu einer Strömung des Fluids führen.

Wärmestrahlung

Bei der Wärmestrahlung wird die Wärme durch elektromagnetische Wellen (Infrarotstrahlung) übertragen. Im Gegensatz zur Wärmeleitung und Konvektion benötigt die Wärmestrahlung kein Übertragungsmedium, d.h. die Wärmestrahlung kann sich auch im Vakuum ausbreiten.

Beispiel

Ein Beispiel für Wärmestrahlung ist die Strahlungsenergie der Sonne, welche von der Erde aufgenommen wird.

Sonnenstrahlen
Sonnenstrahlen


Dieser Kurs beschäftigt sich ausschließlich mit der Wärmeleitung. Im ersten Kapitel wird die Wärmeleitung in ruhenden Stroffen behandelt. Danach wird die Wärmeleitung von einer Wand zu einem bewegten Fluid durch erzwungene Konvektion (zweites Kapitel) und durch freie Konvektion (drittes Kapitel) behandelt.

Multiple-Choice
Welche Aussage in Bezug auf den 2. Hauptsatz der Thermodynamik ist richtig?
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Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Vorstellung des Online-Kurses Wärmeübertragung: WärmeleitungWärmeübertragung: Wärmeleitung
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Wärmeübertragung: Wärmeleitung

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Wärmeübertragung: Überblick
    • Einleitung zu Wärmeübertragung: Überblick
  • Arten der Wärmeübertragung
    • Einleitung zu Arten der Wärmeübertragung
  • Wärmeleitung in einem Feststoff
    • Einleitung zu Wärmeleitung in einem Feststoff
    • Stationäre Wärmeleitung
      • Einleitung zu Stationäre Wärmeleitung
      • Fourier'sche Gesetz
      • Wärmeleitung durch eine ebene Wand
        • Einleitung zu Wärmeleitung durch eine ebene Wand
        • Wärmeübergangszahl einer ebenen Wand
        • Wärmeübergangszahl der Grenzschicht
        • Wärmedurchgangszahl einer ebenen Wand
      • Wärmeleitung durch eine zylindrische Wand
        • Einleitung zu Wärmeleitung durch eine zylindrische Wand
        • Wärmeübergangszahl einer zylindrischen Wand
        • Wärmeübergangszahl der Grenzschicht (Hohlzylinder)
        • Wärmedurchgangszahl einer zylindrischen Wand
      • Wärmeleitung durch eine Hohlkugelwand
        • Einleitung zu Wärmeleitung durch eine Hohlkugelwand
        • Wärmeübergangszahl einer Hohlkugelwand
        • Wärmeübergangszahl der Grenzschicht (Hohlkugelwand)
        • Wärmedurchgangszahl einer Hohlkugelwand
      • Widerstände der Wärmeleitung
        • Einleitung zu Widerstände der Wärmeleitung
        • Wärmeübergangswiderstand der Grenzschichten
        • Wärmedurchlasswiderstand
        • Wärmedurchgangswiderstand
        • Wärmewiderstand
      • Wärmeübergang an der Oberfläche
        • Einleitung zu Wärmeübergang an der Oberfläche
        • Unendlich langer Stab
        • Endlich langer Stab
        • Wärmeübergang am Stabende
        • Wärmestrom am Stabanfang
        • Temperaturvorgabe am Stabanfang und -ende
        • Rippenwirkungsgrad
        • Anwendungsbeispiel: Temperaturverlauf
    • Instationäre Wärmeleitung
      • Einleitung zu Instationäre Wärmeleitung
      • Dimensionslose Kennzahlen der instationären Wärmeleitung
      • Diagramme für den Temperaturverlauf
      • Anwendungsbeispiele: Instationäre Wärmeleitung
  • Erzwungene Konvektion
    • Einleitung zu Erzwungene Konvektion
    • Laminare und turbulente Grenzschicht
    • Strömungs- und Temperaturgrenzschicht
    • Reynolds-Zahl und Prandtl-Zahl
    • Nußelt-Zahl
    • Rohrströmungen (kreisförmig)
      • Einleitung zu Rohrströmungen (kreisförmig)
      • Nußelt-Zahl für laminare Rohrströmungen
      • Nußelt-Zahl für turbulente Rohrströmungen
      • Nußelt-Zahl für den Übergangsbereich
      • Richtung des Wärmestroms
      • Nußelt-Zahl für Überschlagsberechnungen
      • Anwendungsbeispiel: Berechnung der Wärmeübergangszahl (turbulente Strömung)
    • Rohrströmungen (nicht kreisförmig)
    • Ringspalte
    • Hydraulische Durchmesser einiger Querschnitte
    • Ebene Platte
    • Quer angeströmte Zylinder (Rohre)
    • Quer angeströmte Rohrreihen
      • Einleitung zu Quer angeströmte Rohrreihen
      • Mittlere Geschwindigkeit im Hohlraumanteil
      • Anordnung und Anzahl der Rohrreihen
    • Rippenrohre
      • Einleitung zu Rippenrohre
      • Geschwindigkeit im engsten Querschnitt
      • Nußelt-Zahl für querangeströmte Rippenrohre
    • Wärmeübertrager
      • Einleitung zu Wärmeübertrager
      • Anwendungsbeispiel: Wärmeübertrager
  • Freie Konvektion
    • Einleitung zu Freie Konvektion
    • Freie Konvektion an senkrechter ebener Wand
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