Kategorie: Physik Veröffentlicht: Juli 10, 2014

Public Domain Image, source: Christopher S. Baird.

Wärme steigt nicht an, heiße Luft (normalerweise). Hitze kann sich in alle Richtungen ausbreiten. Es gibt drei Hauptwege für Wärme:

1. Strahlung:Alle Wellenlängen elektromagnetischer Wellen, einschließlich Licht, tragen Energie., Wenn die elektromagnetischen Wellen auf ein Objekt treffen, werden sie teilweise absorbiert und die Energie, die die Wellen tragen, wird in Wärme im Objekt umgewandelt. Heiße Objekte emittieren auch elektromagnetische Wellen („Wärmestrahlung“), die Energie wegtragen und andere Objekte, die sie treffen, aufheizen können. In einem lockeren Sinne können Sie sich elektromagnetische Wellen als Übertragung von Wärme von einem Objekt zum nächsten vorstellen. Obwohl, streng genommen, wenn die Wellen reisen, tragen sie nur elektromagnetische Feldenergie und keine Wärme. Die Wärme wird erzeugt, wenn die Wellen von Materie absorbiert werden.,
2. Leitung: Wenn ein heißes Objekt in direktem Kontakt mit einem anderen Objekt steht, kann die Wärme direkt von einem Objekt zum anderen durch die berührenden Oberflächen geleitet werden.
3. Konvektion. Wenn eine Flüssigkeit wie Luft oder Wasser einen heißen Gegenstand berührt, kann sie sich erwärmen und sich dann als Flüssigkeit in großen Mengen bewegen, wodurch die Wärme schnell an neue Stellen transportiert wird. Heißluftaufstieg ist ein häufiges Beispiel für Wärmekonvektion. Aus diesem Grund werden“ Wärme „und“ Heißluft “ tendenziell miteinander verwechselt.

Wärmestrahlung neigt dazu, sich in alle Richtungen auszubreiten und nicht nur nach oben., Wenn Sie ein paar Schritte von einem großen Lagerfeuer entfernt stehen, wird der größte Teil der Wärme, die Sie erhalten, über Wärmestrahlung an Sie abgegeben. Obwohl die heiße Luft der Flamme des Lagerfeuers größtenteils nach oben strömt, hat die Wärmestrahlung kein Problem damit, seitlich herauszukommen und Sie zu treffen. Die Wärmestrahlung eines Lagerfeuers breitet sich in alle Richtungen aus, so dass Sie spüren können, wie es Sie heizt, egal wo Sie stehen (solange Sie nahe genug sind). Sonnenlicht, das Sie aufheizt, ist ein weiteres Beispiel für Wärmestrahlung., Das Sonnenlicht hat kein Problem damit, in alle Richtungen durch den Weltraum zu reisen und durch die Erdatmosphäre herunterzukommen, um Sie zu treffen.

Wärme, die durch Leitung reist, kann auch in alle Richtungen reisen. Die geleitete Wärme neigt dazu, sich am meisten in die Richtung zu bewegen, in der der größte Temperaturgradient vorliegt, und in die Richtung, in der das Material die höchste Wärmeleitfähigkeit aufweist. Mit anderen Worten, Wärme, die am stärksten geleitet wird, wandert in Regionen, die am kältesten sind, entlang von Wegen, auf denen die Wärme auf den geringsten Widerstand trifft., Wenn Sie einen langen Metallstab diagonal nach unten legen, so dass sein oberes Ende in einer Flamme liegt und sein unteres Ende auf dem Boden liegt, hat die Hitze von der Flamme kein Problem, den Stab über die Leitung zum unteren Ende hinunterzugehen.

Wärme, die durch Konvektion wandert, kann sich auch in alle Richtungen bewegen, neigt jedoch dazu, sich größtenteils seitwärts und nach oben zu bewegen, wenn sich natürliche Konvektionsströme in der Flüssigkeit bilden können., Flüssigkeiten wie Luft und Wasser werden typischerweise weniger dicht, wenn sie erhitzt werden, wodurch sie von der kälteren, dichteren Flüssigkeit um sie herum, die durch die Schwerkraft stärker nach unten gezogen wird, seitwärts und nach oben gedrückt werden. Aber das ist nicht immer der Fall. Wenn Wasser unter 4° Celsius bleibt, wird es tatsächlich dichter, wenn es sich erwärmt. Dies bedeutet, dass in einem kalten Winterteich das wärmere Wasser auf den Boden sinkt. Selbst für etwas so Einfaches wie Wasser steigt die Wärme, die unter Konvektion fließt, nicht immer an.

Auch Konvektion kann durch mehr als nur Schwerkraft angetrieben werden., In einem rotierenden Referenzrahmen wie einer Zentrifuge oder einem Drehteller kann die Zentrifugalkraft zur dominierenden Kraft werden. Wenn dies der Fall ist, konvektieren sich die weniger dichten Flüssigkeiten (typischerweise die wärmeren) unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft zum Rotationszentrum und die dichteren Flüssigkeiten (typischerweise die kälteren) vom Rotationszentrum weg. Diese Situation kann leicht verifiziert werden. Legen Sie eine brennende Kerze in ein offenes Glasgefäß (damit es nicht ausblast) und legen Sie sie auf den Plattenteller., Wenn sich der Drehteller dreht, sehen Sie den Flammenpunkt der Kerze in Richtung Drehzentrum statt nach oben. Als weiteres Beispiel kann die Konvektion durch Lüfter und Pumpen erzwungen werden. Heiße Luft hat kein Problem, wenn ein Lüfter in diese Richtung bläst.

Zusammenfassend kann Wärme in alle Richtungen reisen. Die Richtung, in die sich Wärme bewegt, hängt stark von der Situation ab. Darüber hinaus kann auch heiße Luft in alle möglichen Richtungen und nicht nur nach oben reisen. Heiße Luft strömt nur dann nach oben, wenn die Schwerkraft bei der Arbeit die dominierende Kraft ist.,

Themen: Leitung, Konvektion, Elektromagnetismus, Energie, Wärme, Heißluft, Licht, Strahlung, Wärmestrahlung, Thermodynamik