Wärmeübergang

Aus SystemPhysik
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Flüssigkeiten und Gase können Wärme im Gegensatz zu den Festkörpern auch konvektiv transportieren. Zudem sind sie für Strahlung mehr oder weniger durchlässig. Trifft nun ein Wärmestrom aus einem Festkörper in eine Flüssigkeit oder ein Gas aus, bilden sich Konvektionswirbel und ein Teil der Wärme wird in Form von Strahlung von der Festkörperoberfläche ins zweite Medium abgestrahlt. Umgekehrt kann eine Hausmauer Wärme aus dem Innern des Hauses in Form von Strahlung aufnehmen oder der vorbei strömenden Luft entziehen. Um diese komplexen Vorgänge zu beschreiben, führt man einen linearisierten, empirisch zu bestimmenden Wärmeübergangskoeffizienten α ein. Der zugehörige Wärmeleitwert ist dann gleich Übergangskoeffizient mal Kontaktfläche

[math]G_W=\alpha A[/math]

Der Wärmeübergangskoeffizient hat die Einheit Watt pro Kelvin und Quadratmeter.

An der Wärmeübertragung sind in der Regel Konvektion und Strahlung zugleich beteiligt. So geben ein Heizkörper oder ein Kachelofen Wärme durch Konvektion an die umgebende Luft und durch Strahlung an die andern Körper (Wände, Decke und Möbel) ab. Der totale Wärmestrom ist die Summe aus dem konvektiven Wärmeübergang und der Wärmestrahlung

[math]I_W=I_{W_{Strahlung}}+I_{W_{Konvektion}}[/math]

Linearisiert man diese sich ergänzenden Transportarten, erhält man eine einfache Additionsvorschrift bezüglich der Wärmeübergangskoeffizienten

[math]I_W=G_W\Delta T=(G_{W_{Strahlung}}+G_{W_{Konvektion}})I_W=(\alpha_{st}+\alpha_c)AI_W[/math]

Konvektion

Strahlung