Wärmeleitung ist eine Art des Wärmetransports, der hauptsächlich in Festkörpern stattfindet. Die Atome und Moleküle von Festkörpern sind in Form von Gitterstrukturen angeordnet und haben nur sehr geringfügige Bewegungsmöglichkeiten. Die kleinen Teilchen der Materie schwingen um ihre Nulllage mit sehr kleinen Ausschlägen, deren Intensität von der jeweiligen Temperatur abhängt. Die Wärmeleitung erfolgt immer von einem Ort höherer Temperatur zu einem Ort mit niedrigerer Temperatur. Wärmeleitung ist immer mit einem Temperaturgefälle verbunden.
Definition Wärmemitführung
Wärmemitführung ist eine Form der Wärmeübertragung, bei welcher die Wärmeenergie in Form von Materie weitertransportiert wird. Da diese Art des Wärmetransports an Materie gebunden ist, kommt sie auch nur in Flüssigkeiten und Gasen, nicht aber in Festkörpern vor. Flüssigkeiten und Gase bieten den Atomen und Molekülen große Bewegungsfreiräume, wodurch diese kleinen Bestandteile der Materie in die Lage versetzt werden, zugeführte Wärmeenergie weiter zu transportieren. Auch die Wärmemitführung geschieht immer von Stellen höherer Temperatur und verläuft in Richtung niedrigerer Temperaturgebiete. Die Wärmemitführung wird auch noch Wärmeströmung oder Konvektion genannt.
Modellvorstellung der Wärmeleitung
Festkörper bestehen aus Atomen und Molekülen, die in Gitterstrukturen angeordnet sind. Innerhalb dieser Gitterstrukturen können die Atome und Moleküle Schwingungen mit sehr kleinen Amplituden ausführen. Diese Schwingungen sind umso intensiver, je größer die Temperatur des betreffenden Festkörpers ist. Durch Zufuhr von Wärme schwingen die Moleküle schneller und beeinflussen zugleich ihre Nachbarmoleküle zu ebenfalls schnelleren Schwingungsbewegungen. Die Wärme pflanzt sich auf diese Weise fort von einem Zustand geringerer Bewegungsintensität zu einem Zustand höherer Bewegungsintensität.
Modellvorstellung der Wärmemitführung
Wird eine Flüssigkeit oder ein Gas an einer ganz bestimmten Stelle erwärmt, so führt dies am Ort der Energiezufuhr zu einer Verringerung der Dichte der entsprechenden Materie. Dies hat zur Folge, dass die erwärmten Moleküle entgegen der Schwerkraft nach oben steigen. Die Moleküle entfernen sich dabei von der Wärmequelle, was wiederum eine Abnahme ihres Energieinhalts zur Folge hat. Die Konsequenz hieraus ist, dass die Dichte des Stoffes wieder ansteigt. Die vertikale Bewegung der sich wieder abkühlenden Moleküle geht allmählich in eine Horizontalbewegung über. Mit fortschreitender Abkühlung und damit verbundenem weiteren Dichteanstieg sinken die Moleküle wieder durch die Schwerkraft nach unten. Diese Abwärtsbewegungen der Moleküle gehen schließlich wieder allmählich in Horizontalbewegungen in Richtung der Wärmequelle über. Diese Horizontalbewegungen wieder zur Wärmequelle hin werden auch durch gewisse Sogwirkungen begünstigt, welche durch die aufsteigenden Moleküle direkt über der Energiequelle verursacht werden. Die abgekühlten Moleküle werden durch die Wärmequelle wieder angesaugt und der Vorgang beginnt von Neuem.
Fazit
Metalle sind durch ihre ausgeprägte Metallgitterstruktur sehr gute Wärmeleiter. Die Metallmoleküle übertragen bei Wärmezufuhr ihre Wärmeenergie sehr gut auf ihre Nachbarmoleküle.
Dagegen setzen sich Kunststoffe aus längeren Fadenmolekülen zusammen, die meist aus Kohlenwasserstoffverbindungen bestehen. Diese längeren Molekülketten haben bei Wärmezufuhr eine gewisse dämpfende Wirkung auf die Energieübertragung durch die Nachbarmoleküle. Deshalb sind Kunststoffe schlechtere Wärmeleiter als Metalle.
In der Natur ist das Phänomen der Wärmemitführung besonders im Küstenbereich zu beobachten. Die Landmassen werden durch Sonneneinstrahlung wesentlich stärker erwärmt als die Wassermassen des Meeres. Bei Tage steigen an der Küste durch die Sonneneinstrahlung warme Luftmassen nach oben und bewegen sich dann in Richtung Meer, wo sie sich langsam wieder abkühlen und auf die Meeresoberfläche absinken. Durch Sogwirkungen der aufsteigenden Luftmassen über dem Land werden die abgekühlten Luftmassen über der Meeresoberfläche wieder in Richtung Küste angezogen. Bei Nacht kehren sich die Bewegungsverhältnisse der Luftströmungen um.
Mein Name ist Anatoli Bauer und ich wohne im Norden an der Nordseeküste in Husum. Ich beschäftige mich leidenschaftlich gerne mit den Naturwissenschaften und interessiere mich vor allem für Physik und alles, was mit dem Weltraum und entfernten Planten zu tun hat.
