Oberflächenwärmeschicht

Oberflächenwärme bezeichnet in der Thermodynamik die Wärme, die an der Grenzfläche eines Körpers zur umgebenden Umgebung wirksam ist. Sie umfasst sowohl die Oberflächentemperatur als auch den Wärmestrom, der zwischen der Oberfläche und dem angrenzenden Medium übertragen wird. In technischen Anwendungen wird oft zwischen konduktiver, konvektiver und strahlungsbasierter Wärmeübertragung unterschieden.

Der Wärmestrom pro Fläche durch eine Oberfläche folgt in der Praxis verschiedenen Mechanismen. In Festkörpern wird oft Fouriersches Gesetz verwendet: q'' = -k dT/dx. Bei Gasen oder Flüssigkeiten kommt zusätzlich die konvektive Wärmeübertragung hinzu, beschrieben durch q'' = h (T_surface - T_fluid). Die Strahlung folgt dem Stefan-Boltzmann-Gesetz, q''_rad = ε σ (T_surface^4 - T_surroundings^4). Emissivität ε und die Wärmeübergangskoeffizienten beeinflussen stark die Oberflächenwärme.

Oberflächenrauheit, Beschichtungen, Materialemissivität und Oberflächenchemie beeinflussen, wie viel Wärme aufgenommen oder abgegeben wird. Messungen erfolgen mittels Infrarotkameras, Thermoelementen oder anderen Sensoren; die Oberflächentemperatur ist oft der dominierende Parameter in der Auslegung von Wärmemanagementsystemen.

Anwendungen reichen von Elektronik- und Maschinenkühlung über Gebäude- und Fahrzeugtechnik bis hin zur Materialbearbeitung. Ein gutes Verständnis der Oberflächenwärme ermöglicht es, Wärmepfade zu optimieren, Wärmeverluste zu reduzieren und Oberflächenzustände zuverlässig zu steuern.

Siehe auch: Wärmefluss, Wärmetransport, Oberflächentemperatur, Emissivität, Wärmeleitfähigkeit.