Wärmeeindringkoeffizient

Der Wärmeeindringkoeffizient $b$ ist eine Werkstoffeigenschaft aus der Thermodynamik, der unter anderem in der Bauphysik verwendet wird. Im Zusammenhang mit thermischen Wellen wird auch die Bezeichnung Effusivität mit dem Formelzeichen $e$ verwendet.^[1]

Eine verwandte Größe ist die Temperaturleitfähigkeit.

Wärmeeindringkoeffizienten einiger Stoffe
Stoff	$b$ in $\frac{kJ}{K m^{2} \sqrt{s}}$
Dämmstoff (Mineralfasern)	0,06
Kork	0,10
Holz	0,4 … 0,5
Gummi	0,6
menschliche Haut	1,0 … 1,3
Glas	1,3 … 1,5
Wasser	1,6
Beton	1,8 … 2,2
Stahl	14,0
Kupfer	36,0

Definition und Einheit

Wärmeeindringkoeffizient ist definiert als:

b = \sqrt{λ \cdot ρ \cdot c} .

mit

$λ$ Wärmeleitfähigkeit in W / (m·K)
$ρ$ Dichte in kg / m³
$c$ spezifische Wärmekapazität in J / (kg K).

Der Wärmeeindringkoeffizient hat die SI-Einheit $\frac{J}{K m^{2} \sqrt{s}}$ . Er ist eine temperaturabhängige Stoffeigenschaft, da vor allem die Dichte temperaturabhängig ist.

Beschreibung

Werden zwei halbunendlich ausgedehnte Körper mit unterschiedlichen Anfangstemperaturen $T_{1}$ und $T_{2}$ in perfekten thermischen Kontakt gebracht, so kann die Kontakttemperatur $T_{m}$ (d. h. die Temperatur der Kontaktfläche) mit den Wärmeeindringkoeffizienten $b_{1}$ und $b_{2}$ der beiden Stoffe bestimmt werden:^[2]

T_{m} = T_{1} + \frac{b_{2}}{b_{1} + b_{2}} (T_{2} - T_{1}) = \frac{b_{1} \cdot T_{1} + b_{2} \cdot T_{2}}{b_{1} + b_{2}} .

Mit dieser Formel lässt sich auch die Anfangskontakttemperatur endlicher Körper gut abschätzen.

Praktisch erfahrbar ist der Wärmeeindringkoeffizient, wenn man mit der bloßen Hand verschiedene Stoffe gleicher Temperatur berührt:

Stoffe mit hohem Wärmeeindringkoeffizienten (z. B. Metalle) werden als besonders kalt empfunden, wenn ihre Temperatur unter derjenigen der Haut liegt.
Stoffe mit niedrigem Wärmeeindringkoeffizienten (z. B. Dämmstoffe oder Holz) werden hingegen bei derselben Temperatur als wärmer empfunden.

Entsprechendes gilt auch, wenn der Körper wärmer als die Haut ist.

Literatur

Wolfgang M. Willems, Kai Schild: Wärmeschutz. Grundlagen – Berechnung – Bewertung, 2. Auflage, Springer Fachmedien, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-658-02570-0.

Weblinks

Wärmeeindringkoeffizient (abgerufen am 3. Januar 2020)
In-situ-Analyse von Ablagerungsstoffeigenschaften in Dampferzeugern (abgerufen am 3. Januar 2020)
Bauphysikalische Grundlagen einer frappierenden Temperaturmessung (abgerufen am 3. Januar 2020)
Entwicklung thermisch optimierter Wandelemente aus Massivholzplatten mit eingefrästen Lufteinschlüssen (abgerufen am 3. Januar 2020)
Entwicklung von Kompositdämmstoffen auf Basis von Frässpänen aus Holz (abgerufen am 3. Januar 2020)

Einzelnachweise

↑ Norbert Bauer: Leitfaden zur Wärmefluss-Thermographie : zerstörungsfreie Prüfung mit Bildverarbeitung. Fraunhofer-Allianz Vision, Erlangen 2005, ISBN 3-8167-6754-0.
↑ Hans Dieter Baehr, Karl Stephan: Wärme- und Stoffübertragung. 4. Aufl. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-40130-X, S. 172.

[1] Norbert Bauer: Leitfaden zur Wärmefluss-Thermographie : zerstörungsfreie Prüfung mit Bildverarbeitung. Fraunhofer-Allianz Vision, Erlangen 2005, ISBN 3-8167-6754-0.

[2] Hans Dieter Baehr, Karl Stephan: Wärme- und Stoffübertragung. 4. Aufl. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-40130-X, S. 172.

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