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Isolatoren

 
     
  Wärmetransport in Festkörpern durch Gitterschwingungen. Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Minerale wird bei Normalbedingungen durch Phononen bestimmt, die durch Wechselwirkungen untereinander oder mit Fehlstellen die Energieübertragung bestimmen. Diese Wechselwirkungen werden auf die Anharmonizität der Gitterschwingungen zurückgeführt. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Anzahl der angeregten Phononenzustände sowie deren mittlere abgestrahlte Energie zu. Aus der Zunahme von Wechselwirkung zwischen Phononen untereinander und mit Fehlstellen resultiert die Abnahme der mittleren freien Weglänge l. Deshalb wird bei den meisten Isolatoren eine 1/Tn-Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur beobachtet. Die Wärmeleitung durch Photonen (elektromagnetische Wellen, radiativer Wärmetransport) bestimmt das Wärmeleitfähigkeitsverhalten vieler Körper bei höheren Temperaturen. Der radiative Wärmetransport wird durch eine T3-Abhängigkeit charakterisiert. Bei Metallen können geladene Teilchen (i.a. Elektronen bzw. Elektronenlöcher) Energie transportieren. Durch die Wechselwirkung von Elektronen und Phononen wird eine 1/T-Abhängigkeit beobachtet. Dies kann durch die Wiedemann-Franz-Lorenz-Beziehung mit der Lorenzkonstante L beschrieben werden:


LσT.


λel= Bei Gesteinen ist der Wärmefluss lokal inhomogen. Korngrenzen, Risse und Poren reduzieren die Wärmeleitfähigkeit. Zusätzlich beeinflusst das Gefüge den Wärmeleitfähigkeitstensor. In Sedimenten ist der Wärmewiderstand der Kornkontakte oft entscheidend. In Mineralen wird die Symmetrie des Wärmeleitfähigkeitstensors von der Kristallsymmetrie bestimmt. Bei niederen Drücken wird der Wärmewiderstand an den Kornkontakten reduziert und das Porenvolumen meist reduziert. Steigender Druck führt zur Zunahme der Wärmeleitfähigkeit. Durch die Erhöhung der Schallgeschwindigkeit (Phononengeschwindigkeit) mit dem Druck erhöht sich die intrinsische Wärmeleitfähigkeit (Tab.). Petrophysik.

IsolatorenIsolatoren (Tab.): Wärmeleitfähigkeit einiger ausgewählter Substanzen (bei Normalbedingungen).
 
 

 

 

 
 
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