Was versteht man allgemein unter Wärmeübertragung?
Wärmeübertragung ist der Transport von thermischer Energie aufgrund eines Temperaturunterschieds.
Ohne Temperaturdifferenz findet kein Wärmetransport statt.
Warum ist Wärmeübertragung ein irreversibler Prozess?
Weil Wärme spontan nur vom warmen zum kalten Bereich fließt und dabei Entropie erzeugt wird.
Welche physikalische Größe treibt die Wärmeübertragung an?
Der Temperaturgradient — also die räumliche Änderung der Temperatur.
Welche drei Mechanismen der Wärmeübertragung gibt es?
Wärmeleitung
Konvektion
Wärmestrahlung
Diese treten häufig gleichzeitig auf
Was ist Wärmeleitung?
Wärmeleitung ist der Energietransport in ruhenden Medien durch mikroskopische Wechselwirkungen zwischen Teilchen.
Kein makroskopischer Stofftransport.
In welchen Materialien tritt Wärmeleitung besonders auf?
Festkörpern (dominant)
ruhenden Flüssigkeiten und Gasen
Was ist die Wärmestromdichte?
Die Wärmemenge, die pro Zeit durch eine Fläche pro Flächeneinheit transportiert wird.
Vektorgröße mit Richtung entlang des Temperaturgefälles
Ist ein Vektor weil Wärme eine bevorzugte Flussrichtung hat — von warm nach kalt.
Was beschreibt das Temperaturfeld?
Die Temperatur als Funktion von Ort und Zeit: v (x, y, z, t)
Ziel vieler Aufgaben ist die Bestimmung dieses Feldes
Warum ist der Gradient des Temperaturfeldes wichtig?
Er bestimmt Richtung und Stärke des Wärmestroms.
Ohne Gradient → kein Wärmestrom.
Warum fließt Wärme entgegen dem Temperaturgradienten?
Weil der Gradient in Richtung steigender Temperatur zeigt — Wärme fließt jedoch zu niedrigeren Temperaturen.
Daher negatives Vorzeichen in der Gleichung.
Wovon hängt die Wärmeleitung eines Materials ab?
Wärmeleitfähigkeit λ
Temperaturgradient
Geometrie
λ ist eine Materialeigenschaft
Was ist Konvektion?
Wärmeübertragung zwischen einer Oberfläche und einem strömenden Fluid durch Kombination aus:
Wärmeleitung in der Grenzschicht
Transport durch Fluidbewegung
Warum tritt Konvektion nur in Fluiden auf?
Weil nur Fluide makroskopisch strömen können.
Was ist die Haftbedingung an einer Wand?
Die Fluidgeschwindigkeit an der Wand ist null.
Ursache: Reibung zwischen Fluid und Oberfläche
Was ist der Wärmeübergangskoeffizient α?
Er beschreibt, wie effektiv Wärme zwischen Oberfläche und Fluid übertragen wird.
Zusammenfassung aller Strömungs- und Stoffeigenschaften.
Warum arbeitet man oft mit einem mittleren Wärmeübergangskoeffizienten?
Weil α lokal stark variieren kann (z. B. entlang einer Platte).
Für praktische Berechnungen wird ein Mittelwert verwendet
Welche Größen beeinflussen α besonders?
Strömungsgeschwindigkeit
Fluid-Eigenschaften
Temperaturdifferenz
Warum werden bei Konvektion dimensionslose Kennzahlen verwendet?
Weil viele Einflussgrößen gleichzeitig wirken und sich so universelle Zusammenhänge formulieren lassen.
Beispiel: Nusselt-Zahl
Was ist Wärmestrahlung?
Energieübertragung durch elektromagnetische Wellen aufgrund der Temperatur eines Körpers.
Funktioniert auch im Vakuum.
Warum benötigt Wärmestrahlung kein Medium?
Weil elektromagnetische Wellen sich auch im leeren Raum ausbreiten können.
Was ist der Emissionsgrad?
Maß dafür, wie stark ein realer Körper im Vergleich zu einem idealen schwarzen Körper strahlt.
0 ≤ ε ≤ 1
Was ist ein schwarzer Körper?
Ein idealer Körper mit maximal möglicher Strahlungsabgabe und vollständiger Absorption.
was ist die Stefan-Boltzmann-Konstante?
Die Stefan-Boltzmann-Konstante (𝜎) ist eine physikalische Naturkonstante, die den Zusammenhang zwischen der Temperatur eines idealen Schwarzen Körpers und seiner abgestrahlten Leistung beschreibt. Ihr Wert beträgt exakt 5,670367×10^-8W⋅m^-2⋅K^-4.
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