Leitung, Konvektion und Strahlung

Leitung, Konvektion und Strahlung sind die drei Formen der Wärmeübertragung. Wärme ist die Energie, die von einem Körper oder System zum anderen gelangt.

Wärmeübertragung tritt nur auf, wenn zwischen zwei Dingen ein Temperaturunterschied besteht.

Bei der Wärmeleitung tritt eine Wärmeübertragung auf, wenn ein Körper oder Gegenstand mit einem anderen in Kontakt steht.

Die Konvektion wird andererseits durch die Bewegung von Gasen oder Flüssigkeiten bei verschiedenen Temperaturen erzeugt.

Strahlung ist ihrerseits eine Wärmeübertragung, ohne dass die Körper in Kontakt kommen. Dies geschieht daher durch die Emanation von Energie durch elektromagnetische Wellen.

Ein Beispiel, das dies veranschaulicht, wäre das eines Topfes mit kochendem Wasser: Das Feuer erwärmt den Topf (Strahlung), das Metall im Topf erwärmt das Wasser (Leitung) und das heiße Wasser steigt aufgrund der Wirkung von Wärme (Konvektion) auf..

Was ist Wärmeleitung??

Wärmeleitung ist eine Form der Wärmeübertragung, die auftritt, wenn zwei Körper in Kontakt stehen oder wenn Wärme von einer Seite desselben Körpers zur anderen gelangt. Wenn wir beispielsweise ein Ende eines Eisenstabs erhitzen, erwärmt sich das andere Ende nach einer Weile, obwohl es nicht in direktem Kontakt mit der Wärmequelle steht..

Der Mechanismus der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung basiert auf der Bewegung von Atomen. Mit steigender Temperatur bewegen sich die Atome schneller und drücken auch benachbarte Atome, wodurch Wärme auf sie übertragen wird..

Die Fähigkeit von Materialien, Wärme zu leiten, ist als Wärmeleitfähigkeit bekannt. Beispielsweise hat Luft wie Holz eine geringe Leitfähigkeit.

Andererseits weisen Metalle wie Aluminium und Eisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Diese Materialien leiten Wärme sehr effektiv, da sie freie Elektronen haben, die Energie schneller von heißen in kalte Bereiche des Körpers übertragen..

Beispiele für Wärmeleitung

• Gusseisenpfanne auf einem brennenden Brenner: Wärme vom Brenner erwärmt die Pfanne, die Wärme an den Rest der Pfanne und den darin enthaltenen Inhalt leitet.
• Geschmolzenes Eis in der Hand: Wenn wir ein Eis in die Hand nehmen, schmilzt es aufgrund der Wärmeleitung.
• Heiße Füße im Sand: Wenn wir an einem heißen Tag am Strand mit bloßen Füßen durch den heißen Sand gehen, werden wir nach einer Weile das Gefühl haben, dass wir durch die Wärmeleitung des Sandes zu unseren Füßen verbrannt werden.
• Die Tasse heißen Kaffee: Wenn wir heißen Kaffee (oder ein anderes heißes Getränk) in eine Tasse gießen, spüren wir mit der Zeit die Hitze in unseren Händen. Deshalb haben die Tassen einen Griff, damit wir ihn greifen können, ohne uns zu verbrennen..
• Bügeln: Das Eisen, mit dem Falten von der Kleidung entfernt werden, erwärmt sich und leitet Wärme, wenn es mit Kleidung in Kontakt kommt.
• Das Thermometer:: Dieses Instrument wird zur Temperaturmessung verwendet, da es Wärme durch Wärmeleitung des Objekts oder der Substanz, mit der es in Kontakt steht, empfängt oder überträgt.
• Metalllöffel gegen Holzlöffel: Ein Holzlöffel leitet die Wärme schlecht, während sich der Metalllöffel schnell erwärmt. Deshalb können wir das Essen mit dem Holzlöffel mischen, aber wenn wir die Suppe essen, verwenden wir einen Metalllöffel.

Was ist Wärmekonvektion??

Konvektion ist die Form der Wärmeübertragung, die durch die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen von heißen in kalte Bereiche erzeugt wird. Wenn eine Flüssigkeit erhitzt wird, wird sie weniger dicht und steigt auf.

Dank des Konvektionsprozesses bilden sich Wolken: Wasserdampf und heiße Luft auf der Erdoberfläche steigen auf und kondensieren dann als Wolken in den Höhen. Diese Art der Konvektion ist natürlich oder frei, ohne dass äußere Kräfte eingreifen.

Andererseits tritt eine erzwungene Konvektion auf, wenn eine Kraft angewendet wird, um die Flüssigkeit zu bewegen. Dies passiert, wenn wir Ventilatoren verwenden, um heiße Luft in einem Raum zu bewegen, oder wenn wir den Inhalt eines Topfes über den Brenner bewegen.

Beispiele für Wärmekonvektion

• Hausheizungssysteme: Die Luft, die mit einem Heizsystem in Kontakt kommt, erwärmt sich, steigt auf und verdrängt die kalte Luft, wodurch Zugluft entsteht.
• Die innere Wärme der Erde: Der Erdkern ist heiß und flüssig, weshalb Konvektionsströme erzeugt werden, die Erdbeben und Vulkanausbrüche verursachen.
• Die Flüssigkeit in den Lagertanks- In den Rohren einer Solarheizung erwärmt sich die Flüssigkeit und wird weniger dicht, wodurch die Wärme zu den kühleren Flüssigkeiten geleitet wird.
• Heißluftherd: Die heiße Luft im Ofen zirkuliert dank eines Ventilators, wodurch das Essen gleichmäßiger backt.
• Kochendes Wasser in einem Topf: Wenn wir Wasser in einen Topf auf einem brennenden Herd stellen, steigt das heiße Wasser von unten auf und erzwingt die Bewegung des kalten Wassers von der Oberfläche.
• Haartrockner: kalte Luft tritt in den Trockner ein, wird durch einen Widerstand erwärmt und bläst heiße Luft durch die Düse.
• Meeresströmungen: Das Wasser der Ozeane wird durch Konvektion in ständiger Bewegung gehalten, das warme Wasser der Tropen bewegt sich in Richtung der Pole.
• Heißluftballons oder Heißluftballons: Durch Erhitzen der Luft wird sie weniger dicht, sie wird im Stoff des Ballons eingeschlossen und schwimmt. Um nach unten zu gehen, wird daher ein Fenster geöffnet, durch das die heiße Luft entweichen kann.

Was ist Wärmestrahlung??

Strahlung ist die Wärmeübertragung ohne Kontakt zwischen Objekten. Dies geschieht durch elektromagnetische Wellen wie sichtbares Licht, Ultraviolett und Infrarot, die sich durch den Raum bewegen. Für das Auftreten von Wärmestrahlung ist das Vorhandensein von Material nicht erforderlich.

Körper geben Wärme durch Strahlung ab, nehmen aber je nach Temperaturunterschied auch Wärme auf. Tatsächlich sind die Körper, die am besten absorbieren, auch gute Emittenten. Beispielsweise absorbiert eine schwarze Oberfläche Strahlung besser, emittiert aber auch mehr als eine weiße Oberfläche.

Somit hängt die Emission von der Körpertemperatur ab. Je höher die Temperatur, desto größer die Wärmeabgabe..

Der Betrieb einer Thermoskanne basiert auf der Konzentration der Wärmestrahlung im Inneren. Eine Thermoskanne besteht aus einer doppelten Glaswand ohne Luft dazwischen, um Wärmeverluste durch Wärmeleitung oder Konvektion zu vermeiden. Die silberne Innenwand reflektiert die Strahlung, ohne sie zu absorbieren, sodass das Getränk länger heiß bleibt.

Beispiele für Wärmestrahlung

• Die Hitze der Sonne: Die Erde erhält Wärme von der Sonne durch Strahlung.
• Heißer Sand am Strand: An einem Sommertag erwärmt Sonnenstrahlung den Sand.
• Glut eines Freudenfeuers: Wenn wir uns einem Lagerfeuer oder Kamin nähern, geben die brennenden Kohlen Strahlungswärme ab.
• Solarofen: Die Sonnenstrahlen treffen auf eine Oberfläche, die die Luft erwärmt.
• Infrarot Thermometer: misst die Strahlung eines Körpers im Infrarotbereich und stellt sie als Temperatur dar.
• Wärmebildkameras: Wärmebildkameras erfassen die Wärme von Körpern, die durch Strahlung emittiert werden.
• Solarium: Solarien basieren auf der Emission von ultravioletten Strahlen, die das Bräunen der Haut fördern. Seine Verwendung ist durch die Veranlagung zu Hautschäden begrenzt.

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