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Temperaturleitfähigkeit



Die Temperaturleitfähigkeit oder Temperaturleitzahl, gelegentlich auch „Wärmediffusivität“ (von engl. thermal diffusivity), ist eine Materialkonstante, die zur Beschreibung der zeitlichen Veränderung der räumlichen Verteilung der Temperatur durch Wärmeleitung als Folge eines Temperaturgefälles dient. Sie ist verwandt mit der Wärmeleitfähigkeit λ, die zur Beschreibung des Energietransportes dient, und ist definiert als

a = {\lambda \over {\rho \cdot c_p}}

mit der Dichte ρ und der spezifischen Wärmekapazität cp. Die Temperaturleitfähigkeit hat die Einheit m2 / s. Die Temperaturleitfähigkeit beschreibt im Gegensatz zur Wärmeleitfähigkeit weniger das stationäre Verhalten bei der Wärmeleitung, sondern die instationären Effekte, wie sie etwa bei der Weitergabe von Temperaturzyklen durch Tag-, Nachtschwankungen der Außentemperatur zu Wohninnenräumen entstehen. Sie können durch die Wärmeleitfähigkeit allein nicht beschrieben werden.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist z.B. das Härten von Stahl; hier hat die Temperaturleitfähigkeit bei allen Härteverfahren (selbstabschreckendes Laserhärten, Induktionshärten, Einsatzhärten) eine fundamentale Bedeutung.

Wie warm oder kalt sich ein Körper „anfühlt“, wird im ersten Moment durch die Temperaturleitfähigkeit bestimmt (siehe Tabellen unten); nach einiger Zeit (wenn das Temperaturfeld stationär wird) nur noch durch die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeableitung.

Das räumliche und zeitliche Verhalten der Temperatur T(x,y,z,t) lässt sich über die fouriersche Differentialgleichung

\frac{\partial T}{\partial t}\ = a\ \Delta T

berechnen, wobei Δ der Laplace-Operator ist. Der Typ dieser Differentialgleichung beschreibt generell Diffusionsprozesse.

Metalle bei 20°C Nichtmetalle bei 20°C
Größe

Einheit
Dichte
(ρ)
\mathrm{{10^3} \, kg \over m^3}
spezifische
Wärme-
kapazität
(cp)
\mathrm{kJ \over kg \, K}
Wärmeleit-
fähigkeit
(λ)
\mathrm{W \over m \, K}
Temperatur-
leitfähigkeit
(a)
\mathrm{10^{-6} \, m^2\over s}
Aluminium 2,70,88823798,8
Blei 11,340,1293523,9
Bronze 8,80,3776218,7
Chrom 6,920,449129,9
Cr-Ni-Stahl
(X12CrNi18,8)
7,80,5153,8
Eisen 7,860,4528122,8
Gold 19,260,129316127,2
Gusseisen 7,80,5442-5010-12
Stahl (<0,4% C) 7,850,46545-5512-15
Kupfer 8,930,382399117
Magnesium 1,741,0215687,9
Mangan 7,420,473216
Molybdän 10,20,25113853,9
Natrium 9,711,2213311,2
Nickel 8,850,4489123
Platin 21,370,1337125
Silber 10,50,235427173
Titan 4,50,522229,4
Wolfram 190,13417367,9
Zink 7,10,38712144
Zinn, weiß 7,290,2256740,8
Größe

Einheit
Dichte
(ρ)
\mathrm{{10^3} \, kg \over m^3}
spezifische
Wärme-
kapazität
(cp)
\mathrm{kJ \over kg \, K}
Wärmeleit-
fähigkeit
(λ)
\mathrm{W \over m \, K}
Temperatur-
leitfähigkeit
(a)
\mathrm{10^{-6} \, m^2\over s}
Acrylglas (Plexiglas) 1,18 1,44 0,184 0,108
Asphalt 2,120,920,700,36
Beton 2,10,881,00,54
Eis (0°C) 0,9172,042,251,203
Erdreich (grobkiesig)2,041,840,520,14
Sandboden (trocken)1,650,800,270,20
Sandboden (feucht)1,751,000,580,33
Tonboden 1,450,881,281,00
Fensterglas 2,480,700,870,50
Spiegelglas 2,700,800,760,35
Quarzglas 2,210,731,400,87
Glaswolle 0,120,660,0460,58
Gips 2,31,090,510,47
Granit 2,750,892,91,18
Korkplatten 0,191,880,0410,115
Marmor 2,60,802,81,35
Mörtel 1,90,800,930,61
Papier 0,71,200,120,14
Polyethylen 0,922,300,350,17
Polytetrafluorethylen 2,201,040,230,10
Polyvinylchlorid 1,380,960,150,11
Porzellan (95°C)2,401,081,030,40
Steinkohle 1,351,260,260,15
Tannenholz (radial)0,4152,720,140,12
Verputz 1,690,800,790,58
Ziegelstein 1,6-1,80,840,38-0,520,28-0,34

Siehe auch:

 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Temperaturleitfähigkeit aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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