Wissenschaft am Sonntag

Wissenschaft am Sonntag - 2. Staffel

Avatar: dreimal gedrittelter
V.I.P. Club-V.I.P.
#256
Dann sag ich mal noch, nächste Woche bekämpfen wir wirklich die Wärmeübertrager, haltet eure Taschenrechner bereit und seid gespannt was kommt, ich bin es auch selbst
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0

Kommentare (2)

Zeige alle Kommentare
Avatar: Ixs
V.I.P. Club-Senior
#257
Noch ein interessanter Nachtrag zum spannenden Thema Kernfusion. Eine anschauliche Reportage über den Versuchsreaktor ITER:

Königsweg Kernfusion? - FUTUREMAG - ARTE

Noch mehr positive Aussichten bescheren uns die Forscher aus Greifswald vom Versuchsreaktor Wendelstein 7x:

Kernfusion: Neuer Weltrekord im Forschungsreaktor Wendelstein 7-X - Clixoom Science & Fiction

Auch das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik berichtet regelmäßig auf ihrem Youtube-Kanal über die Fortschritte zum Thema Kernfusion.
    • ×0
    • ×3
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0

Kommentare (1)

Zeige alle Kommentare
Avatar: dreimal gedrittelter
V.I.P. Club-V.I.P.
#258
Willkommen bei einer neuen Ausgabe eurer Lieblingssendung Wissenschaft am Sonntag.
Lange musstet hr drauf warten und heut ist es endlich so weit wir unterhalten uns über Wärmeübertragung

Womit wir schon zur ersten Frage kommen, was ist eigentlich Wärme?
Irgendwie hat das was mit Temperatur zutun, aber irgendwie ist es doch was anderes.

Um diese Frage zu beantworten starten wir mit einem kleinen Experiment

Ihr stellt vor euch eine Schüssel mit Kaltem und eine Schüssel mit warmen Wasser. Die linke Hand legen wir in die Schüssel mit warmen Wasser und die rechte Hand in die mit kaltem Wasser.

Was stellen wir dabei fest?
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: RuBerry
Clubsupport
#259
Meine Mutter besetzt die Küche gerade, aber ich glaube jeweils beide Hände gewöhnen sich einfach an die Temperaturen die am anfang recht kalt und warm waren
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: Ixs
V.I.P. Club-Senior
#260
Das wir die Temperatur des Wassers nicht mehr richtig einschätzen können?
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: dreimal gedrittelter
V.I.P. Club-V.I.P.
#261
Eigentlich wollt ich erstmal nur hören, dass die eine Hand kalt und die andere warm wird (was ja dafür sprechen könnte, dass wir irgendwie grob eine Temperatur einschätzen könnten) und zum nächsten Schritt übergehen.
Wir nehmen jetzt die beiden Hände (nachdem sie sich an die Temperatur gewöhnt haben) aus dem Wasser heraus und halten sie aneinander. Was stellen wir dabei fest?
Beitrag wurde zuletzt am 06.10.2019 17:13 geändert.
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: Ixs
V.I.P. Club-Senior
#262
Was meinst du mit, "wir schalten die Hände aneinander"?
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: dreimal gedrittelter
V.I.P. Club-V.I.P.
#263
ich meinte halten, also Handfläche an Handfläche
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: Nova Lunaris
Clubleiter
Themenstarter#264
Das die eine Hand sich viel wärmer bzw kälter anfühlt, nyaa?
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: Ixs
V.I.P. Club-Senior
#265
Die warme Hand überträgt Energie (Wärme) an die kalte Hand. Die kalte Hand wird dabei wärmer.
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: dreimal gedrittelter
V.I.P. Club-V.I.P.
#266
Sehr gut Ixs und Nova-nyaaa~

eineHand fühlt sich kälter und eine fühlt sich wärmer an und mit der Zeit gleicht sich der Unterschied aus.
Würde man in dieser Zeit zwischen den Händen die Temperatur messen würden wir feststellen, dass sich da allerdings eine einheitliche Temperatur befindet und nicht eine Seite Wärmer als die andere ist.


Was passiert dabei wirklich?
Die Wärme der einen wärmeren Hand bewegt sich in Richtung der kälteren Hand. Also reden wir bei Wärme von einer Form von Bewegungsenergie, bei der sich immer die wärme Energie an die Kältere überträgt. Dementsprechend wird Wärme auch immer übertragen und niemals ausgetasucht (es wird öfter mal was von Wärmeaustasuchern geschrieben, dass ist inhaltlich falsch und wenn ihr sowas vor Leuten die Ahnung haben erwähnt, werdet ihr schon nicht mehr ernst genommen)

Wenn uns also kalt ist, ist das kein Anzeichen für eine Temperatur sondern einfach nur dafür dass wir Wärmer sind als unsere Umgebung und darum unsere wärme abgeben. Umgedreht das selbe, wenn uns warm ist, ist einfach nur unsere Umgebung wärmer als wir uns überträgt ihre Wärme weiter an uns.

Wer will kann das Experiment noch weiter führen, die Hände nochmal warm bzw. kalt machen, beide Wasserschüsseln in eine dritte zusammenkippen in der wir dann lauwarmes Wasser haben und beide Hände in die Schüssel halten. Uns wird dann warm und kalt gleichzeitig sein.

Das ganze kann auch mathematisch als Formel dargestellt werden, nach dem Fourierschen Gesetz:

Q° = (Lambda * A * delta T )/ s

Q° = Wärmestrom
Lamda = Wärmeleitfähigkeit (also eine wie gut ein Stoff Wärme übertragen werden kann)
A = Fläche
deltaT = Die Temperaturdifferenz
s = Wanddicke

Nehmen wir mal als Beispiel Nova-nyaas Pappkarton in dem er so gerne sitzt.

betrachten wir dabei nur eine Seite, Innen sitzt Nova-nyaa, also hat der Karton Innen seine 37 °C, außen herrscht Umgebungstemperatur, also etwa 25°C
Wie groß eine Seite von seinem Pappkarton ist und wie dick er ist wird uns Nova-nyaa gleich selbst erzählen,die Wärmeleitfähigkeit der Pappe beträgt 0,15 W/(m*K) und dann berechnen wir Welcher Wärmestrom nach außen geht, wenn Nova-nyaa in seinem Pappkarton sitzt
Beitrag wurde zuletzt am 06.10.2019 17:41 geändert.
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: Nova Lunaris
Clubleiter
Themenstarter#267
Mein Pappkarton ist 4X4m und hat eine dicke von 0,1m, nyaa.
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0

Kommentare (2)

Zeige alle Kommentare
Avatar: RuBerry
Clubsupport
#268
ich krieg 288 aber keine Ahnung, ich hab nichts umgewandelt falls da was nötig gewesen wäre ^^'
    • ×1
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: dreimal gedrittelter
V.I.P. Club-V.I.P.
#269
du hast aber einen großen Karton, wenn der schon 4 m hoch und 4 m breit ist

ich muss gestehen eine Kleinigkeit vertan zu haben, wir haben in dem Fall haben wir nicht Q° (Wärmestrom) sondern Q die Wärme.
Also wir bekommen was in J (Joule) und nicht J/s (Joule/Sekunde)(also W(Watt)) heraus. Wenn wir es auf eine Zeit übertragen wollen müssten wir mit delta Tm also der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz rechnen, die sich aus (deltaTgr-deltaTkl)/(ln(deltaTgr/deltaTkl))) ergibt. delta Tgr wäre die größere Temperaturdifferent und deltaTkl die kleinere Temperaturdifferenz, wenn man zu 2 verschiedenen Zeitpunkten die Temperatur misst.

Also kommen wir zur Rechnung

Q= 0,15 W/m*K *(4m*4m) * 12K / 0,1m (Temperaturdiffernzen werden immer in Kelvin angegeben)

und erhalten die besagten 288 J

Wenn wir jetzt nicht nur die Pappe haben, sondern noch was isolierendes, würde man im Foruierschen Gesetz statt der Wärmeleitfähigkeit die Wärmeübergangszahl k nutzen.
Diese ergibt sich aus

k = 1/(s1/Lambda1+s2/Lambda2+...)


Bei diesem Beispiel redet man von der sogenannten Wärmeleitung.
Von Wärmeleitung spricht man wenn die Wärme bei Feststoffen übertragen wird.
Daneben gibt es noch 2 weitere Arten der Wärmeübertragung.
Wärmekonvektion und Wärmestrahlung
Die Wärmestrahlung wird von elektromagnetischen Wellen übertragen, zum Beispiel wenn die Sonne die Erde erwärmt. Darauf möchte ich nicht weiter eingehen (da kennt sich Nova-nyaa sicherlich besser aus)

Wärmekonvektion ist die Übertragung der Wärme durch Flüssigkeiten und Gase. Dabei muss zwischen freier Konvektion (wenn sich die Fluide freiwillig bewegen) und erzwungener Konvektion (wenn die Fluide z.B. durch Pumpen zur Bewegung gebracht werden) unterschieden werden.

Wie ihr euch sicherlich denken könnt, kommt selten eine Form der Wärmeübertragung allein. Das gute, man kann sie alle in die Wärmeübergangszahl einbringen. Das schlechte es ist bei Strömungen nicht so einfach mit s/Lambda getan. Statt dessen haben wir an diesen Stellen 1/Alpha, wobei Alpha der Wärmeübergangskoeffizient ist. Dieser setzt sich folgendermaßen zusammen.

Alpha = Nu * Lambda / dgl

Nu = Nusseltzahl
dgl = gleichwertiger bzw. hydraulischer Durchmesser

Diese beiden Werte sind von der durchflossenen Geometrie abhängig.

dgl = 4 * A/ U

A = benetzte Fläche, also die Flächen an denen wirklich das Fluid ist
U = Umfang

Die Nusseltzahl ist stark Geometrieabhängig, wird also in jedem Fall anders berechnet. Die Formeln dafür sind allerdings empirisch ermittelt (also durch Versuche, mit irgendeiner Logik kommt man da nicht weit).
Sie ist eine dimensionslose Kennzahl, die sich im Fall der erzwungenen Konvektion aus der Reynoldszahl (über die haben wir schonmal gesprochen, das werd ich später verlinken) und der Prandtlzahl (eine Stoffabhängige dimensionslose Kennzahl) zusammensetzt.

Als Beispiel schauen wir uns Nova-nyaas Lieblingsheizungsrohr an, auf dem er im kalten Winter so gerne schläft.
Zur Vereinfachung betrachten wir einfach nur, die Flüssigkeit in dem Rohr und behaupten es sei Wasser und berechnen den Wärmeleitkoeffizient von dieser. (Ich glaube die Wärmeübergangszahl kriegt ihr dann auch noch allein hin, und die Berechnung des Wärmestroms haben wir ja quasi schon gemacht).

Nova-nyaaa~, welchen Durchmesser hatte dein Heizungsrohr nochmal und wie schnell fließt das Wasser in ihm?
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
Avatar: Nova Lunaris
Clubleiter
Themenstarter#270
Da gibt es ein Problem, nyaa. Ich heute mit Holz und habe keine Heizungsrohre, nyaa.
Aber ich schätze Mal bei anderen Leute wäre das 0,03m, nyaa
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
    • ×0
  • Mitglied werden

Neueste Clubmitglieder

Nur Clubmitglieder ab dem Rang „Club-Junior“ können den Inhalt einsehen.