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Transport von Wärmeenergie in Materie längs eines Temperaturgefälles (Temperaturgradient gradT), d.h. von Orten hoher Temperatur zu Orten niedriger Temperatur. Die pro Querschnittsfläche transportierte Wärmeenergie, die Wärmestromdichte
, ist um so grösser, je steiler das Temperaturgefälle gradT=(∂T/∂x, ∂T/∂y, ∂T/∂z) ist:
=λ gradT.
λ ist der stoffspezifische Wärmeleitfähigkeitskoeffizient (Wärmeleitzahl) mit der Einheit W/Km, ein Mass für die physikalische Eigenschaft der Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitvermögen); sie ist temperaturabhängig. In Kristallen ist sie im allgemeinen richtungsabhängig (Kristallphysik) und muss daher durch einen symmetrischen Tensor 2. Stufe dargestellt werden, da sie zwei vektoriellen Grössen, den Temperaturgradienten und die Wärmestromdichte, in Beziehung setzt:
Metalle sind im allgemeinen gute, Gase sehr schlechte Wärmeleiter. Wärme kann aber auch durch
Konvektion, d.h. Strömungsvorgänge von Materie, transportiert werden. In Flüssigkeiten und Gasen
transportiert die Konvektion oft viel mehr Wärme als die Wärmeleitung. In der Geothermik spielt neben der Wärmeleitung der Energietransport durch strömende Bewegung
(Konvektion) und Wärmestrahlung eine wichtige Rolle. Bei Temperaturen bis ca. 300ºC, d.h. in dem
Bereich der Erde, in dem direkte Messungen der Temperatur möglich sind, ist die Wärmeleitung als
Gitter- bzw. Phonenleitfähigkeit neben der Konvektion der wichtigste Energietransport.
Wärmetransport, Temperaturleitfähigkeit, Wärmeleitungsgleichung. |
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