Thermische Eigenschaften der Werkstoffe

Welcher Wert kommt der Temperaturleitfähigkeit α = κ/(ρc) von Aluminium (Wärmeleitfähigkeit 237 W/(m·K), Dichte 2700 kg/m³, spezifische Wärmekapazität 900 J/(kg·K)) am nächsten?

  1. AEtwa 9,8×10⁻⁵ m²/s
  2. BEtwa 9,8×10⁻² m²/s
  3. CEtwa 0,26 m²/s
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Lösung: A. Etwa 9,8×10⁻⁵ m²/s

α = 237/(2700 × 900) = 237/(2,43×10⁶) ≈ 9,75×10⁻⁵ m²/s, also etwa 9,8×10⁻⁵ m²/s. Die Temperaturleitfähigkeit gibt an, wie schnell sich Temperaturänderungen im Werkstoff ausbreiten, und erscheint in der Gleichung der instationären Wärmeleitung ∂T/∂t = α∇²T. Als Richtwert für die Zeit, bis sich die Temperatur im Inneren eines Werkstoffs der Dicke L ändert, gilt L²/α; bei 10 mm dickem Aluminium ist das etwa 1 s. Etwa 9,8×10⁻² m²/s entsteht, wenn die spezifische Wärmekapazität mit 0,9 in J/(g·K) eingesetzt wird, was um den Faktor 1000 danebenliegt. Etwa 0,26 m²/s erhält man, wenn die Multiplikation mit der Dichte vergessen und κ/c gerechnet wird; dabei ergibt sich auch nicht die Einheit m²/s.

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