Energieausbreitung

Energieausbreitung bezeichnet den räumlichen Transport von Energieformen durch Raum oder durch ein Medium. Dabei kann Energieform und Medium unabhängig voneinander wandern; Energie wird übertragen, während Materie oft nur in begrenztem Maße mittransportiert wird.

Zu den wichtigsten Ausbreitungsarten gehören elektromagnetische Strahlung (Licht, Radiowellen), mechanische Wellen (Schall, Wellen in festen bzw. flüssigen Medien) und Wärmetransport durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. In der Elektromagnetik lässt sich der Energiefluss durch den Poynting-Vektor S = E × H definieren; die Energie breitet sich mit der Phasen- bzw. Gruppenvelocity aus; in Vakuum ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit c.

Wärmeleitung: Fourier’sche Gesetze beschreiben den Energiefluss q = -k ∇T; dieser ist proportional zum Temperaturgradienten. Konvektion bezeichnet den Transport durch Massenbewegung der Trägermedien, Strahlung die Energieübertragung durch Photonen, beschrieben durch einschlägige Strahlungsgesetze wie das Stefan-Boltzmann-Gesetz. In jedem Fall bestimmt die Energieausbreitung, wie Energieform, Intensität und Geschwindigkeit von Übertragungen abhängen von Medium, Struktur und Frequenz.

Die Konzepte der Energieausbreitung finden breite Anwendung in der Technik: Optik und Kommunikation, Akustik, Wärmeplanung in Gebäuden, Thermodynamik sowie Strahlenschutz. Grundsätzlich verknüpft Energieausbreitung energiedichte Felder mit Transportgrößen wie Energiefluss, Leistungsdichte oder Transportgeschwindigkeit; je nach Medium bestimmen Impedanz, Dämpfung und Dispersion die Ausbreitungscharakteristik.