Was ist Wärmeleitung?
Wärmeleitung bezieht sich auf die Übertragung von Wärmeenergie aufgrund eines Objekts mit unterschiedlichen Temperaturen. Damit Wärmeenergie durch Wärmeleitung übertragen werden kann, darf sich das gesamte Objekt nicht bewegen. Die Wärmeenergie wandert immer von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration, dh von heiß zu kalt. Wenn ein Teil eines Objekts heiß ist, wird die Wärme über Wärmeleitung auf den kühleren Teil dieses Objekts übertragen. Wärmeleitung findet auch statt, wenn sich zwei verschiedene Objekte mit unterschiedlichen Temperaturen berühren.
Die Partikel - wie Atome und Moleküle - eines Objekts mit hoher Wärmeenergie bewegen sich schneller als die eines Objekts mit niedriger Wärmeenergie. Wenn die Teilchen erhitzt werden, können sie sich entweder bewegen und ineinander stoßen, wodurch Energie übertragen wird. Bei vielen Feststoffen vibrieren die Partikel schneller und die umgebenden Partikel vibrieren. Wenn Wärmeenergie übertragen wird, verlangsamen sich die sich schneller bewegenden Teilchen und werden kühler, und die sich langsamer bewegenden Teilchen bewegen sich schneller und werden somit wärmer. Dies wird fortgesetzt, bis das Objekt ein thermisches Gleichgewicht erreicht.
Ein Beispiel für Wärmeleitung ist ein Metalltopf auf dem Ofen. Die Partikel der Wärmequelle bewegen sich und übertragen Wärmeenergie auf die Metallpartikel, wodurch sie sich schneller bewegen. Wenn sich die Partikel im Topf schneller bewegen, wird der Topf wärmer. Außerdem übertragen die Partikel im Topf ihre Wärme auf das Lebensmittel oder die Flüssigkeit im Topf. So kann das Essen kochen oder die Flüssigkeit kochen.
Die Geschwindigkeit, mit der ein Objekt Wärme durch Wärmeleitung überträgt, wird als Wärmeleitfähigkeit bezeichnet. Ein Objekt mit geringer Leitfähigkeit überträgt Wärme langsamer als ein Objekt mit hoher Leitfähigkeit. Aus diesem Grund werden einige Substanzen als Isolatoren verwendet, während andere in Anwendungen wie dem Kochen verwendet werden. Im Allgemeinen leiten Feststoffe Wärme besser als Flüssigkeiten und Gase. Darüber hinaus sind Metalle in der Regel bessere Wärmeleiter als nichtmetallische Substanzen.
Die Wärmeleitung durch sich bewegende Elektronen ist effizienter als die durch Vibration verursachte Wärmeleitung. Der Grund, warum Metalle sowohl Wärme als auch Elektrizität so gut leiten, ist, dass sie viele Elektronen haben, die sich bewegen können. Die Elektronen gehen jedoch im Allgemeinen nicht sehr weit, wenn sie Wärmeenergie leiten, sondern kollidieren und übertragen Wärmeenergie auf andere Elektronen in der Nähe, die dann in andere Elektronen in ihrer Nähe kollidieren und Wärmeenergie auf diese übertragen können. Das Ergebnis ist eine effiziente Energieübertragungsmethode, die solchen Substanzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit verleiht.