Was ist Wärmestrom?
Wärmefluss bezieht sich auf den Fluss der Wärmeenergie. Mitunter als Wärmestrom bezeichnet, ist dies die berechnete Strömungsrate der Wärmeenergie über eine bestimmte Oberfläche, während sie von Ort zu Ort fließt. Wie bei anderen Energieformen fließt Wärme durch Wärmeleitung und Konvektion in Richtung des potentiellen Energieabfalls - Temperatur bei Wärmeenergie.
Wenn Wissenschaftler den Wärmefluss messen, messen sie zuerst die Temperatur an zwei Stellen, zwischen denen die Wärmeenergie übertragen wird. Wärme fließt wie alle Energieformen von hohem zu niedrigem Potential - von hoher zu niedriger Temperatur. Je schneller sich die Atome oder Moleküle eines Mediums bewegen und vibrieren, desto höher ist die Temperatur dieses Mediums und desto größer ist der Druck, der den Fluss in Bereiche mit geringerer Bewegung und geringerem Druck zwingt. Der Wärmefluss gleicht als Reaktion auf Temperaturunterschiede im Laufe der Zeit die Temperatur aus und nähert sich einem Zustand, in dem die Temperaturen nicht mehr variieren und die Wärme nicht mehr fließt - einem Zustand, der als thermisches Gleichgewicht bezeichnet wird.
Bei einem ausreichend großen Flüssigkeitsvolumen, beispielsweise einer Flüssigkeit oder einem Gas, erfolgt der Wärmefluss hauptsächlich durch Konvektion durch Diffusion von Atomen und Molekülen. Wärme fließt von Volumina, in denen sich Partikel schnell bewegen, zu Volumina, in denen sich Partikel langsam bewegen. Fluidpartikel dringen in kalte Regionen vor, in denen mehr Platz zwischen langsamer bewegten Partikeln ist. Da sich Atome in Festkörpern nicht bewegen können, wird Wärme durch die Schwingungen von Atomen oder Molekülen in ihren beschränkten Gittern geleitet, wobei sich die Energie aufgrund der Bewegung freier Elektronen weiter verteilt. Da die Bewegung freier Elektronen auch ein Merkmal der elektrischen Leitung ist, sind gute elektrische Leiter auch gute Wärmeleiter.
Der Wärmefluss aufgrund von Temperaturunterschieden wird als fühlbarer Wärmefluss bezeichnet, im Gegensatz zum latenten Wärmefluss, der sich auf den Wärmefluss aufgrund von Phasenänderungen im Medium bezieht. Kritischer Wärmefluss ist die Wärmemenge, die in einer bestimmten Zeit durch eine bestimmte Oberfläche gepumpt werden kann, wobei sich die Strömungseigenschaften des Mediums ändern - beispielsweise eine Zustandsänderung. Wenn ein Material fest wird, nimmt es Energie auf, die seine Gitterstruktur einschränkt. Bei einem kritischen Wärmestrom erreicht eine bestimmte Wärmemenge, die in das Material gepumpt wird, seinen Schmelzpunkt oder seine Gasübergangstemperatur und diese Bindungsenergie wird als latente Wärme freigesetzt.