Wärmeleitung

Interaktive Visualisierung der Wärmeleitung durch Konduktion in verschiedenen Materialien

Material auswählen:

Temperaturdifferenz (K): 100 K

Geschwindigkeit: 50%

Material: Kupfer

Wärmeleitfähigkeit: 400 W/m·K

Raumtemperatur: K

Quellentemperatur: K

Verstrichene Zeit: 0 s

Fouriersches Gesetz:

q = -k · dT/dx

q = Wärmestrom, k = Wärmeleitfähigkeit, dT/dx = Temperaturgradient

Mechanismen der Wärmeleitung

Materialien: Metalle

Träger: Freie Elektronen

Vorgang: Wärmende Elektronen besitzen höhere kinetische Energie, stoßen an langsameren Elektronen, übertragen Energie rasch

Resultat: Hohe Wärmeleitfähigkeit (400+ W/m·K)

Materialien: Halbleiter, Isolatoren

Träger: Gitschwingungen (Quant: Phononen)

Vorgang: Atome schwingen, übergeben Schwingungsenergie durch Gitterwellen

Resultat: Mittlere bis niedrige Wärmeleitfähigkeit

Materialien: Luft, andere Gase

Träger: Moleküle (translationale kinetische Energie)

Warum langsamer: Kristallgitter existiert nicht, intermolekulare Wechselwirkungen schwach, große Molekularabstände

Werte: Luft ~0.025 W/m·K (sehr gering)

Anwendung: Wärmeisolatoren (Akkuline) nutzen Luft bzw. Edelgase als isolierende Poren.

Material	λ (W/m·K)	Klassifizierung	Anwendung
Kupfer	400	Grün: Exzellenter Leiter	Kühlkörper, Kupferrohre
Eisen	80	Guter Leiter	Kochutensilien
Silizium	150	Sehr gut (Halbleiter)	Elektronik
Glas	1	Schmal: Isolator	Fenster
Holz	0.15	Langsam: Isolator	Bau (Wärmedämmung)
Luft	0.025	Sehr langsam	Isoliermaterialien, Polsterung

Temperaturgradient: Je größer der Temperaturunterschied (dT), desto höher der Wärmestrom (q)
Wärmeleitfähigkeit: Bestimmt, wie schnell ein Material Wärme transferiert; Metall > Glasteile > Holz
Querschnitt-Fläche (A): Greater Area, larger heat flux: $q \cdot A = \text{Watt}$
Dämpfung: Über We groundwork 最终到达 Glniungen equilibrieren