Wärmeleitung - Ebene Wand / Radial

Wie auf der vorherigen Seite bereits erwähnt, hat die leitende Querschnittsfläche einen entscheidenden Einfluss auf den Wärmestrom.

Soll der Wärmestrom klein sein, dann wird man wenn möglich auch die wärmeleitende Querschnittsfläche klein wählen.
Anders ist es bei einer gewollten Wärmeabgabe. Hier wird die wärmeleitende Querschnittsfläche möglichst groß gewählt.

Auf den Temperaturverlauf, innerhalb eines Körpers, hat die wärmeleitende Querschnittsfläche Auswirkungen.
Zwei typische Fälle werden herangezogen, um die Hintergründe genauer zu betrachten.

Ebene Wand:

Durch die ebene Wand ergibt sich eine Gerade für den Temperaturverlauf. Vorraussetzung ist der stationäre Zustand bei konstantem Wärmestrom.

Das Bild links zeigt den Temperaturverlauf einer mehrschichtigen Wand.
Die Einflüsse von verschiedenen Wanddicken und unterschiedlichen Werkstoffen wird deutlich beim Temperaturabfall über der Länge.

Durch die gesamte Wand fließt derselbe Wärmestrom. Die Heizflächenbelastung (Wärmeleistung pro Fläche) ist konstant. Nicht die Höhe der Temperatur, sondern die Temperaturdifferenz ist entscheidend.

Wird die Querschnittsfläche der Wand verdoppelt, so ist für die gleiche Temperaturdifferenz der doppelte Wärmestrom nötig.

Verändert sich diese Querschnittsfläche bei konstantem Wärmestrom, so weicht der Temperaturabfall von der Geraden ab.

Zylindrische Wand:

Bei einer zylindrischen Wand (z.B. innen beheiztes Rohr) steigt die wärmeübertragende Querschnittsfläche mit dem Radius an. Der konstante Wärmestrom verteilt sich auf eine größer werdende Fläche. Die Heizflächenbelastung sinkt mit zunehmendem Radius.

Der Temperaturverlauf weicht deswegen von einer Geraden ab.

Bei allen Vorgängen ist der Temperaturunterschied die Ursache der Wärmeströme.

Ändert sich die Richtung des Wärmestroms QA-B nach QB-A bei gleicher Temperaturdifferenz (TA-B => TB-A), so werden sich die Temperaturverläufe in der Art ähneln wie im Bild gezeigt. Der Temperaturabfall durch die jeweilige Schicht bleibt gleich.