Was ist Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten – Gasen und Flüssigkeiten – Definition

Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten (Flüssigkeiten und Gase)

In der Physik ist eine Flüssigkeit eine Substanz, die sich unter einer angelegten Scherbeanspruchung kontinuierlich verformt (fließt). Flüssigkeiten sind eine Teilmenge der Phasen der Materie und umfassen Flüssigkeiten , Gase , Plasmen und in gewissem Maße plastische Feststoffe. Da der intermolekulare Abstand viel größer ist und die Bewegung der Moleküle für den flüssigen Zustand zufälliger ist als für den festen Zustand, ist der Transport von Wärmeenergie weniger effektiv. Die Wärmeleitfähigkeitvon Gasen und Flüssigkeiten ist daher in der Regel kleiner als die von Feststoffen. In Flüssigkeiten wird die Wärmeleitung durch atomare oder molekulare Diffusion verursacht. In Gasen wird die Wärmeleitung durch Diffusion von Molekülen von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren Niveau verursacht.

Wärmeleitfähigkeit von Gasen

Die Auswirkung von Temperatur, Druck und chemischen Spezies auf die Wärmeleitfähigkeit eines Gases kann mit Hilfe der kinetischen Theorie der Gase erklärt werden . Luft und andere Gase sind in der Regel gute Isolatoren, wenn keine Konvektion vorliegt. Daher funktionieren viele Isoliermaterialien (z. B. Polystyrol) einfach dadurch, dass sie eine große Anzahl von gasgefüllten Taschen aufweisen, die eine Konvektion im großen Maßstab verhindern . Der Wechsel von Gastasche und festem Material führt dazu, dass die Wärme über viele Grenzflächen übertragen werden muss, was zu einer raschen Abnahme des Wärmeübertragungskoeffizienten führt.

Die Wärmeleitfähigkeit von Gasen ist direkt proportional zur Dichte des Gases, der mittleren Molekülgeschwindigkeit und insbesondere zum mittleren freien Weg des Moleküls. Der mittlere freie Weg hängt auch vom Durchmesser des Moleküls ab, wobei größere Moleküle mit größerer Wahrscheinlichkeit Kollisionen erfahren als kleine Moleküle. Dies ist die durchschnittliche Entfernung, die ein Energieträger (ein Molekül) zurücklegt, bevor es zu einer Kollision kommt. Leichte Gase wie Wasserstoff und Helium weisen typischerweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf . Dichte Gase wie Xenon und Dichlordifluormethan weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf.

Im Allgemeinen nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Gasen mit zunehmender Temperatur zu.

Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten

Wie bereits geschrieben, wird die Wärmeleitung in Flüssigkeiten durch atomare oder molekulare Diffusion verursacht, aber physikalische Mechanismen zur Erklärung der Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten sind nicht genau bekannt. Flüssigkeiten neigen dazu, eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Gase zu haben, und die Fähigkeit zu fließen macht eine Flüssigkeit geeignet, überschüssige Wärme von mechanischen Bauteilen zu entfernen. Die Wärme kann abgeführt werden, indem die Flüssigkeit durch einen Wärmetauscher geleitet wird. Die in Kernreaktoren verwendeten Kühlmittel umfassen Wasser oder flüssige Metalle wie Natrium oder Blei.

Die Wärmeleitfähigkeit nichtmetallischer Flüssigkeiten nimmt in der Regel mit steigender Temperatur ab.