Hitzeverhalten

Hitzeverhalten beschreibt, wie ein System auf die Zufuhr oder den Entzug von Wärme reagiert. Es umfasst Temperaturverlauf, Wärmeaufnahme, Wärmekapazität, Wärmeleitung, Wärmeausdehnung und mögliche Phasenänderungen. Das Verhalten hängt von Material, Struktur und Umgebung ab und ist zentral für Thermik, Materialwissenschaft und Technik.

Zentrale Größen sind Temperatur T, zugeführte Wärme Q und Wärmekapazität C. Die spezifische Wärmekapazität c gibt an, wie viel Wärme nötig ist, um die Temperatur eines Stoffes pro Masse- oder Stoffeinheit zu erhöhen. Bei Phasenwechseln wie Schmelzen oder Gefrieren wird zusätzliche latente Wärme aufgenommen bzw. freigesetzt, während die Temperatur kurzzeitig konstant bleibt.

Wärmeleitung beschreibt den Wärmetransport durch Stoffe. In Metallen dominiert der Elektronentransport, in Nichtmetallen Phononen. Der Wärmeleitkoeffizient k (oder λ) charakterisiert, wie gut ein Material Wärme führt. Die Temperaturverteilung in einem Körper ergibt sich aus dem Wärmestrom und der Geometrie, gemäß dem Fourier-Gesetz.

Thermische Ausdehnung bedeutet, dass sich Materialien bei Erwärmung ausdehnen. Der lineare Ausdehnungskoeffizient α beschreibt die relative Längenänderung pro Kelvin. Abweichungen in α können zu Spannungen, Verformungen oder Delamination führen, besonders bei schnellen Temperaturwechseln oder gemischten Materialien (Composite).

Messmethoden zur Charakterisierung umfassen DSC (Differential-Scanning-Kalorimetrie) zur Bestimmung der spezifischen Wärme und latenter Wärme, TGA (Thermogravimetrie) für Masseveränderungen mit Temperatur sowie Dilatometer zur Messung der Ausdehnung.

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