Rechner für Temperaturleitfähigkeit

Die Temperaturleitfähigkeit beschreibt, wie schnell sich eine Temperaturstörung in einem Material ausbreitet. Sie verbindet die Fähigkeit zur Wärmeleitung mit der Fähigkeit, thermische Energie zu speichern. Die Definitionsgleichung lautet α = k/(ρcₚ). Dabei ist α die Temperaturleitfähigkeit, k die Wärmeleitfähigkeit, ρ die Massendichte und cₚ die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck. In SI-Einheiten wird das Ergebnis in Quadratmetern pro Sekunde angegeben. Ein Material mit hoher Temperaturleitfähigkeit verteilt Wärme im Verhältnis zu seiner gespeicherten Energie schnell um. Metalle haben wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit häufig hohe Werte. Materialien mit niedriger Temperaturleitfähigkeit reagieren langsamer, entweder weil sie Wärme schlecht leiten oder weil ihre volumetrische Wärmekapazität ρcₚ hoch ist. Temperaturleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit sind daher nicht identisch. Zwei Materialien können eine ähnliche Wärmeleitfähigkeit haben und dennoch unterschiedlich schnell reagieren, wenn sich Dichte oder spezifische Wärmekapazität unterscheiden. Die Größe tritt in der instationären Wärmeleitungsgleichung auf und bestimmt charakteristische Aufheiz- und Abkühlzeiten. Eine nützliche Skalierungsbeziehung besagt, dass die Zeit proportional zum Quadrat der Länge geteilt durch die Temperaturleitfähigkeit ist. Das erklärt, warum ein dicker Körper deutlich länger als ein dünner braucht, um sich einer neuen Temperatur anzunähern. Anwendungen sind Wärmebehandlungsanalysen, Untersuchungen von Gebäudehüllen, Lebensmittelverarbeitung, geologische Modelle, Elektronik und thermische Prüfungen. Flash-Verfahren und transiente ebene Wärmequellenverfahren messen häufig direkt die Temperaturleitfähigkeit. Sind Dichte und Wärmekapazität bekannt, lässt sich daraus die Wärmeleitfähigkeit ableiten. Verwenden Sie Eigenschaften, die bei vergleichbaren Temperaturen und für denselben Materialzustand bestimmt wurden. Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität können temperaturabhängig sein; die Dichte kann sich mit Porosität, Feuchte, Zusammensetzung und Herstellungsverfahren ändern. Anisotrope Materialien wie Holz, Verbundwerkstoffe und Kristalle können eine richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit und damit Temperaturleitfähigkeit aufweisen. Die skalare Gleichung beschreibt eine gewählte Richtung oder eine näherungsweise isotrope Probe. Dieser Rechner bildet ausschließlich das Verhältnis der Stoffwerte. Er sagt weder einen vollständigen Temperaturverlauf noch Wärmeübergang an den Rändern, Strahlung, Phasenwechsel oder innere Wärmeerzeugung voraus. Da typische Temperaturleitfähigkeiten klein sind, oft etwa 10⁻⁷ bis 10⁻⁴ m²/s, wird wissenschaftliche Notation verwendet. Prüfen Sie, ob die Wärmeleitfähigkeit in W/(m·K), die Dichte in kg/m³ und die Wärmekapazität in J/(kg·K) vorliegen. Werden Kilojoule mit Joule oder Gramm mit Kilogramm verwechselt, verändert sich das Ergebnis um Faktoren von tausend.