Wärmeabgaben

Wärmeabgabe bezeichnet die Rate, mit der Wärmeenergie aus einem System an seine Umgebung abgegeben wird. Die Größe wird in Watt gemessen (Joule pro Sekunde). In vielen technischen Anwendungen ist Q̇ positiv definiert, wenn Wärme in Richtung der Umgebung aus dem System strömt; andere Konventionen verwenden ein Vorzeichen, sodass die Abgabe durch Umkehrung des Vorzeichens beschrieben wird.

Die Wärmeabgabe erfolgt vor allem durch drei Mechanismen: Leitung (Konduktion), Konvektion und Strahlung. Bei der Leitung gilt die grobe Beziehung Q̇_cond = k A (ΔT/Δx), wobei das Vorzeichen je nach Konvention zu beachten ist. Bei der Konvektion lautet die gängige Form Q̇_conv = h A (T_s − T∞), wobei T_s die Oberflächentemperatur und T∞ die Umgebungstemperatur ist. Strahlung wird durch Q̇_rad = ε σ A (T_s^4 − T∞^4) beschrieben, mit ε die Oberflächenemissivität und σ die Stefan-Boltzmann-Konstante. Die Formeln geben den Betrag der Wärmeabgabe an und berücksichtigen die jeweilige Kopplung an Temperaturunterschiede; die Vorzeichen richten sich nach der gewählten Konvention.

Anwendungen finden sich in der Elektronik- und Maschinenkühlung, im Bauwesen (Wärmeverluste bzw. -gewinne) und in der Prozess- und Verfahrenstechnik. Die Wärmeabgabe ist ein zentraler Bestandteil des Thermomanagements und der Energieeffizienz von Systemen.

Messung erfolgt durch Kalorimetrie, Infrarot-Thermografie oder durch Ableitung aus Temperaturdifferenzen und Materialkennwerten, wobei häufig Sensoren und Temperaturverläufe herangezogen werden, um Q̇ abzuleiten.