Wie mache ich eine thermische Abschätzung?
Hallo,
Im Rahmen einer Facharbeit Im Fach Physik muss ich eine thermische Abschätzung eines Versuchsobjektes machen. Bei dem Objekt handelt es sich um einen Würfel bestehend aus 3 Materialien.
Die 4 Wände und der Boden bestehen aus 2 Schichten. Außen ist ejne 1cm dicke Schicht Aluminium. Innen eine 1cm dicke Schicht Resol-Hartschaum als Dämmstoff. Die Decke des Würfels besteht aus 4mm Glas.
Das bedeutet, Ich muss berechnen, wie viel Prozent der Wärme im Würfel durch die Wände+Boden und wie viel Prozent durch die Decke. Das Ziel des Ganzen ist, die Dicke des Aluminiums und des Hartschaums so anzupassen, dass maximal 10% der Wärme durch die Wände+Boden kommen (Deshalb auch der Hartschaum als Dämmstoff.
Soweit ich weiß, hat das Ganze mit thermischem Widerstand und den Parallel- und Reihenschaltungsgesetzen zu tun, da sich thermischer Widerstand und elektrischer Widerstand sich strukturell identisch verhalten. Leider habe ich keinen Ansatz für eine Lösung.
Deshalb möchte ich euch bitten, mir einen kleinen oder gern auch größeren Denkanstoß (gern auch Lösungsweg) zu geben.
MfG
1 Antwort
Die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten für die Materialien sind:
- Resol: 0,021 W/(m*K)
- Glas: 0,75 W/(m*K)
- Aluminium: 239 W/(m*K)
Da wir davon ausgehen können, dass für alle Teile die gleichen Temperaturdifferenzen gelten, können wir die Betrachtung auf die Wärmeleitung auf W/m beschränken. Daneben haben wir es mit einem definierten Flächenverhältnis zu tun. Auch können wir die "Isolierung" durch das Aluminium außer Acht lassen, da die Leitfähigkeit um mehr als 2 Zehnerpotenzen über den der anderen Materialien liegt.
Dann wird die Abschätzung ziemlich einfach. Es gibt 5 Resolflächen mit d = 0,01 m. Auf die Einheitsfläche bezogen ergibt sich hier:
Damit ergibt sich eine "spezifische" Wärmemenge von:
Resol: Q_s = 5 * 0,021 W/0,01 m = 10,5 W
Glas: Q_s = 0,75 W/m/0,004 m = 187,5 W
Der prozentuale Wärmefluß durch die Glasdecke ist somit:
185,5/(185,5+10,5) = 0,95 = 95 %
Also sind Anpassungen bei den gegebenen Materialdicken nicht erforderlich.
Ja klar, je größer die Fläche, umso höher ist die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit hindurchtreten kann.
Hallo,
Erst mal vielen Dank für die schnelle Antwort.
Mir erschließt sich eine Sache leider noch nicht so ganz. Braucht man nicht die genauen Maße des Würfels um auf genaue Wärmestrommengen zu kommen?
Durch einen 1m Würfel fließt doch beispielsweise mehr thermische Energie als durch einen 1cm Würfel oder nicht?
MfG