Warum leitet Edelstahl Wärme so schlecht?
Hallo, ich habe morgen eine Präsentation über Metalle, doch zu dieser Frage finde ich nichts im Internet aber müsste es wirklich DRINGEND wissen, danke.
Wie kommst du darauf?
Mein Thema ist eben Wärmeleitfähigkeit von Metallen und da will ich eben erklären warum Edelstahl Wärme nicht so gut leitet aber ich weiß halt nicht wieso
4 Antworten
"Schlecht" ist ja nun sehr relativ und hängt davon ab, mit welchen anderen Stoffen man das in Relation setzt. Metalle leiten im Allgemeinen die Wärme vergleichsweise gut. Aber wenn man die Wärmeleitfähigkeit innerhalb der metallischen Stoffe vergleicht, dann ist Edelstahl mit etwa λ = 20 W/(m*K) tatsächlich nicht so besonders gut. Silber bringt da 430 W/(m*K), Gold 295 W/(m*K), Kupfer etwa 400 W/(m*K), Al 237 W/(m*K). Reines Eisen hat irgendwas um 80 W/(m*K).
Wenn ich mir diese Daten so anschaue, dann zeigt die Wärmeleitfähigkeit keine direkte Korrelation zur elektrochemischen Spannungsreihe. Zwar kann man erkennen, dass die sehr edlen Metalle tendenziell besser leiten als die unedlen, aber beim Aluminium mit 237 W/(m*K) passt das dann schon wieder nicht. Es muss da also andere Zusammenhänge geben. In Metallen sind Elektronen im Kristallgitter frei beweglich. Wenn Wärme auf ein Metall aufgebracht wird, übertragen diese freien Elektronen die thermische Energie durch das Metallgitter, was zu einer effizienten Wärmeleitung führt. Ähnlich werden elektrische Ladungen durch die Bewegung freier Elektronen übertragen, was zu einer hohen elektrischen Leitfähigkeit führt.
Damit lässt sich die Frage also etwas eingrenzen. Warum leiten Legierungen schlechter als die gewichtet Summe der Leitfähigkeiten ihrer Bestandteile? Ehrlich gesagt, ich habe keine Ahnung. Aber in einer Prüfung würde ich einfach einmal frech behaupten, das durch die unterschiedlichen Atomsorten in einer Legierung die einheitlich geordnete Struktur gegenüber einer reinen Phase gestört ist und dadurch die Elektronen in ihrer Drift durch ein so gestörtes Gitter behindert werden.
MiNaja stell es dir molekular vor: Wärme bedeutet nichts als sich bewegende Teilchen. Mehr Bewegung: mehr Energie: "wärmer" - wobei Wärme nur eine menschliche Empfindung ist.
Edelstahl lässt sich anscheinend schlecht beeindrucken von Teilchen, die neben einem herumspringen und versuchen auch diese in Bewegung zu setzen. Jetzt muss nur noch geklärt werden wieso.
Vorstellen könnte ich mir folgendes:
Die Dichte von Edelstahl ist größer, weswegen, wenn Teilchen in Bewegung gesetzt werden, wenig Platz haben diese auch auszuleben...
Die Bindung der Moleküle im Stahl sind so "stramm", dass diese das Molekül davon abhalten zu "tanzen". Stell dir vor wie du und dein Freund jemanden mit einem Seil festhaltet. Nun versucht jemand diesen zu bewegen, zieht ihr Stärker am Seil, wird es für die Person schwieriger diesen zu bewegen. Dies lässt sich am wahrscheinlichsten bestätigen, da die Moleküle als Legierung vorliegen zwischen verschiedenen Metallen 🤷🏼♂️
Die Masse der einzelnen Teilchen ist vielleicht zu groß, sodass mehr Bewegungsenergie bemötigt wird um diese in Gang zu setzen. Stell dir vor wie du ein Fahrrad anstupst und es sofort fährt und dann ein LKW...
Ich vermute mal, dass das an der Zusammensetzung aus mehreren Metallen liegt. Im Ganzen sind es ja trotzdem unterschiedliche Metalle, die sich, denke ich mal, gegenseitig etwas blockieren.
Meinst du wirklich Edelstähle oder eher nichtrostende Stähle, die im Volksmund Edelstahl genannt werden?
Die nichtrostenden haben jedenfalls eine schlechte elektrische Leitfähigkeit, weil die eingelagerten Fremdatome zu einem unregelmäßigen Kristallgitter führen, das die Elektronen bremst.
Bei Metallen beruht die Wärmeleitung zu einem großen Anteil auf den Elektronen, nicht auf den Schwingungen der Atomrümpfe. Die wird dann ebenfalls geringer, wenn die elektrische Leitfähigkeit geringer wird.