AutorNachrichtPatrick
Anmeldungsdatum: 05.07.2006
Beitr�ge: 417
Wohnort: Nieder-W�llstadt
-> Ich denke, dass Metalle so schnell warm werden, weil sie eine geringe W�rmekapazit�t haben. Die geringe W�rmekapazit�t liegt an den wenigen Freiheitsgraden der Atome (???)
Oder was ist eure Meinung?
Und wieso k�hlen Metalle langsamer ab als Holz?
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beitr�ge: 14788
Eisen und Stahl: ca. 0,5 J/(g*K)
Aluminium: ca. 0,9 J/(g*K)
Holz: Kiefer: 1,4 J/(g*K) ; Eiche: 2,4 J/(g*K)
feuchtes Holz hat dabei eine deutlich gr��ere W�rmekapazit�t als trockeneres
(vergleiche zum Beispiel Seite 8 in //element.fkp.physik.tu-darmstadt.de/physik4bi/material/bivor08.pdf )
Das kann aber f�r deine Beobachtung, dass sich Metall schneller zu erw�rmen und langsamer abzuk�hlen scheint als Holz, nicht als Erkl�rung ausreichen, denn eine kleinere W�rmekapazit�t w�rde ja auch wieder ein schnelleres Abk�hlen bedeuten.
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Ich glaube daher, dass du mit deiner Beobachtung etwas anderes gemeint hast:
Warmes Metall f�hlt sich deutlich w�rmer an als warmes Holz derselben Temperatur. Das liegt daran, dass die W�rmeleitf�higkeit von Metall viel gr��er ist als die von Holz, und dass das warme Metall der f�hlenden Hand deshalb viel schneller W�rmeenergie zuf�hrt als das warme Holz.
(Derselbe Effekt l�sst sich analog f�r kaltes Metall und kaltes Holz beobachten: Kaltes Metall f�hlt sich viel k�lter an als kaltes Holz derselben Temperatur, weil das kalte Metall der f�hlenden Hand viel schneller W�rmeenergie entzieht als das Holz.)
NublerAnmeldungsdatum: 04.06.2008
Beitr�ge: 120
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beitr�ge: 14788
Diese Aussage betrifft die elektrische Leitf�higkeit. Ob und wie man damit "Erw�rmungsgeschwindigkeiten" erkl�ren kann, hast du damit noch nicht klar gemacht.
Magst du mal all die Zwischenschritte, die du bei deiner �berlegung weggelassen hast, mit dazuschreiben und konkret sagen, wie und f�r welchen experimentellen Fall du damit auf eine h�here "Erw�rmungsgeschwindigkeit" f�r Metalle kommst?
PatrickAnmeldungsdatum: 05.07.2006
Beitr�ge: 417
Wohnort: Nieder-W�llstadt
Jetzt ein praktisches Problem: Stahl wird mit einen Winkelschleifer (eine
rotierende Schleifscheibe (Durchmesser: 15cm), die sich mit etwa 3000 U/min dreht) und einer konstanten Anpresskraft Schleifscheibe - Werkst�ck F = 0,4*g (g ist die Erdbeschleunigung) 90 Sekunden lang geschliffen. Die W�rmeenergie berechnet sich aus dem Energieerhaltungssatz (a ist eine Konstante, psi die abgetragene Materialmenge (klein im Gegensatz zur Temperatur�nderung))
und einer St�rungsenergieannahme:
Der Term mit der 4.Potenz ist vernachl�ssigbar klein und kann rausfallen.
m (Masse des Werkst�ckes) ist etwa 100g. Somit kann man die Temperatur�nderung berechnen! �brigens: Wenn man durch die Schleifzeit teilt, ist der Quotient Temperatur�nderung/ Schleifzeit konstant.
Aber wie errechne ich die Abk�hlungsrate an der Luft??? Kann man auch mit stochastischen Verteilungen umgehen?
Was ist der mikroskopische Hintergrund von der Abk�hlung an der Luft
oder an der Erw�rmung durch Reibung wie z.B. das Schleifen?Nubler
Anmeldungsdatum: 04.06.2008
Beitr�ge: 120
- die "normale" durch gitterschwingung
- energietransport durch st��e der delokalisierten elektronen
der transport durch st��e ist effektiver => dominante prozess
elektronen sin auch f�r die elektr. leitf�higkeit zust�ndig
=> beide sin im wiedemann-franz-gesetz verkn�pft
=> gute elektr. leiter sin gute w�rmeleiterdermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beitr�ge: 14788
- die "normale" durch gitterschwingung
- energietransport durch st��e der delokalisierten elektronen
der transport durch st��e ist effektiver => dominante prozess
elektronen sin[d] auch f�r die elektr. leitf�higkeit zust�ndig
=> beide sin[d] im wiedemann-franz-gesetz verkn�pft
=> gute elektr. leiter sin[d] gute w�rmeleiter
Ah, okay, dann bist du bei deiner �berlegung davon ausgegangen, dass gute W�rmeleitf�higkeit eine schnelle Erw�rmung bedeutet.
Das mag sicher der Fall sein f�r K�rper, deren Volumen gro� ist im Vergleich zu der Oberfl�che, die erw�rmt wird, wenn man am Ende eine verh�ltnism��ig gleichm��ige Erw�rmung des gesamten K�rpers erreichen will.
F�r K�rper mit verh�ltnism��ig kleinem Volumen und verh�ltnism��ig gro�er erw�rmter Oberfl�che scheint mir hingegen die W�rmekapazit�t relevanter als die W�rmeleitung werden zu k�nnen, was den Einfluss auf die Temperatur�nderung pro Zeit angeht.
dermarkusAdministrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beitr�ge: 14788
und einer St�rungsenergieannahme:
Der Term mit der 4.Potenz ist vernachl�ssigbar klein und kann rausfallen.
[...] Abk�hlungsrate an der Luft
Ich finde, den Materialabtrag und die Abk�hlung an der Luft sollte man erst einmal noch vernachl�ssigen, weil es bisher meiner Einsch�tzung nach in dieser Rechnung bisher noch gr��ere Effekte gibt, um die man sich zuerst k�mmern sollte:
Zitat:m (Masse des Werkst�ckes) ist etwa 100g.
Dass das m in deiner Formel gleich der Masse des Werkst�ckes sein soll, geht von zwei n�herungsweisen Annahmen aus:
* Du hast angenommen, das gesamte Werkst�ck erw�rme sich gleichm��ig auf dieselbe Temperatur. Ich w�rde eher vermuten, dass die W�rmeleitung nicht ganz so schnell erfolgt, und dass die direkt geschliffene Stelle viel hei�er wird als der Durchschnitt, und dass zum Beispiel die R�ckseite des Werkst�ckes k�hler bleibt als der Durchschnitt.
Wenn man sich f�r die Temperatur interessiert, die der direkt geschliffene Teil des Werkst�ckes erreicht, dann sollte man f�r die Sch�tzrechnung einen deutlich kleineren Wert f�r die erw�rmte Masse annehmen, um haupts�chlich den stark erw�rmten Bereich zu betrachten.
* Du hast angenommen, das Schleifrad selbst erw�rme sich nicht, oder nehme selbst keine W�rmeenergie auf. Hingegen w�rde ich vermuten, dass man die Masse des Schleifrades mit zur Masse des erw�rmten Stahles hinzurechnen sollte.
Dadurch erh�ht sich der Wert f�r m f�r die Sch�tzrechnung also ein bisschen.
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Das ganze geht nat�rlich noch davon aus, dass die Schleifscheibe bei der Sache nicht so hei� wird, dass sie kaputtgeht. Im Zweifelsfall wird man da in der Praxis wohl aktiv (zum Beispiel mit Schmiermittel oder mit Wasser?) k�hlen.
PatrickAnmeldungsdatum: 05.07.2006
Beitr�ge: 417
Wohnort: Nieder-W�llstadt
Zur Antwort von "Nubler": Die W�rmeleitf�higkeit eines Stoffes h�ngt
mikroskopisch betrachtet von den Schwingungen im Festk�rper und von
den Elektronenst��en ab.
Kann ich zur Temperaturerh�hungsberechnung den Energiesatz benutzen oder gibt es da andere Gleichungen?
Wie kann ich Schwingungen und Elektronenst��e im Festk�rper mathematisch erfassen?dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beitr�ge: 14788
Kann ich zur Temperaturerh�hungsberechnung den Energiesatz benutzen oder gibt es da andere Gleichungen?
Das kann man nicht so allgemein sagen, denn das kommt darauf an, was du berechnen m�chtest.
Wenn ein K�rper zum Beispiel durch Zufuhr einer bestimmten W�rmemenge
Willst du aber zeit- und ortsabh�ngig wissen, wann ein K�rper wo welche Temperatur hat, wenn man ihn an bestimmten Punkten oder Stellen so und so stark erw�rmt, dann m�sste man in so einer Rechnung viel mehr ber�cksichtigen. F�r komplizierte Randbedingungen w�rde ich so etwas dann nicht mehr versuchen wollen, von Hand zu l�sen, sondern das m�sste man dann wohl irgendwie numerisch machen.