Wärmestromdichte

Die Wärmestromdichte $ {q} $^[1], auch $ {\dot {q}} $^[2] genannt, ist eine physikalische Größe zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen. Sie ist eine Leistungsdichte.

(Flächenbezogene) Wärmestromdichte

Die Wärmestromdichte ist definiert als die Änderung $ Q $ der thermischen Energie über die Grenzen eines homogenen Systems hinweg, bezogen auf einen bestimmten Querschnitt und ein bestimmtes Zeitintervall. Man kann daher auch analog vom Wärmestrom $ {\dot {Q}} $ pro Fläche $ A $ sprechen:

$ {q}={\frac {Q}{A\cdot \Delta t}}={\frac {\dot {Q}}{A}} $

Sie beschreibt also die übertragene Wärme je Übertragungsfläche und Zeitintervall bzw. die thermische Leistung je Fläche.

Die SI-Einheit der Wärmestromdichte ist W/m² (Watt pro Quadratmeter).

Häufig wird die Wärmestromdichte auch als Vektor benutzt. Die Richtung des Vektors gibt die Richtung des Wärmestromes an. Damit lassen sich auch Fälle erfassen, in denen der Wärmestrom nicht notwendig senkrecht durch eine Fläche geht.

Volumetrische Wärmestromdichte

Zur Berechnung mancher Probleme wird die volumetrische Wärmestromdichte $ {q}_{V} $ verwandt. Sie beschreibt den Wärmestrom $ {\dot {Q}} $ pro Volumen $ V $:

$ {q}_{V}={\frac {Q}{V\cdot \Delta t}}={\frac {\dot {Q}}{V}} $

Die SI-Einheit der volumetrischen Wärmestromdichte ist W/m³ (Watt pro Kubikmeter).

Zusammenhang

Der Zusammenhang zwischen volumetrischer und flächenbezogener Wärmestromdichte erfolgt über den Wärmeleitweg $ l={\frac {V}{A}}: $

$ \Rightarrow {q}=l\cdot {q}_{V}. $

Siehe auch

• Wärmeleitung
• Wärmeleitfähigkeit

Einzelnachweise