Abkühlungsraten

Abkühlungsraten bezeichnen die Geschwindigkeit, mit der ein Körper Wärme an seine Umgebung verliert. Sie werden üblicherweise als dT/dt angegeben oder als ΔT/Δt über einen festgelegten Zeitraum gemessen. In vielen Fällen beschreibt die Abkühlung den zeitlichen Verlauf der Temperatur eines Objekts von einer Anfangstemperatur T0 hin zur Umgebungstemperatur Tenv.

Ursache und Modelle: Die Hauptmechanismen der Wärmeabgabe sind Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Bei konstanter Umgebung folgt die Abkühlung oft dem Newtonschen Abkühlungsgesetz: dT/dt = -k (T - Tenv). Der Koeffizient k ergibt sich aus dem Wärmeübertragungskoeffizienten h, der Oberfläche A sowie der Masse m und der spezifischen Wärme c des Materials (k = hA/(mc)).

Einflussfaktoren und Anwendungen: Wesentliche Einflussgrößen sind die Temperaturdifferenz, die Oberflächenbeschaffenheit und -fläche, das Material, Geometrie, Luftbewegung und Isolierung. Abkühlungsraten sind in vielen Bereichen von Bedeutung: In der Lebensmitteltechnik dient eine schnelle Abkühlung der Lebensmittelsicherheit und Produktqualität; in der Werkstofftechnik beeinflusst sie Phasenübergänge, Gefüge und Härte beim Abschrecken oder Glühen; in der Meteorologie beschreibt sie nächtliche Temperaturabfälle.

Messung und Analyse: Abkühlungsraten werden mit Thermometern oder Thermoelementen gemessen und als Temperaturkurven aufgezeichnet. Aus der Kurve lassen sich lokale dT/dt-Werte oder der Abkühlungskoeffizient k bestimmen; bei exponentieller Abkühlung ergibt sich ln(T − Tenv) = ln(T0 − Tenv) − kt.