Wärmeleitung

Unter Wärmeleitung (auch: Wärmediffusion) wird in der Physik die Weiterleitung von Wärme durch direkten Kontakt verstanden. Damit die Wärmeleitung möglich ist, muss ein Temperaturunterschied zwischen den Teilen des Körpers bestehen. Wenn Wärme von den warmen Teilen des Körpers zu den kalten fließt, ist sie positiv.

Die durch Wärmeleitung übertragene Wärmeleistung $Q$ wird beschrieben durch das Fouriersche Gesetz, das für den vereinfachten Fall eines festen Körpers mit zwei parallelen Wandflächen lautet:

$Q={\frac {\lambda }{\delta }}F(t_{W_{1}}-t_{W_{2}}),$

wenn

$t_{W_{1}}$ die Temperatur der wärmeren Wandoberfläche

$t_{W_{2}}$ die Temperatur der kälteren Wandoberfläche

$F$ die Fläche, durch die die Wärme strömt,

$\lambda$ der Wärmeleitkoeffizient, eine meist temperaturabhängige Stoffgröße, und

$\delta$ die Dicke der Wand sind.

In dielektrischen Festkörpern (Isolatoren) geschieht die Wärmeleitung durch das Zusammenstoßen der Atome oder Moleküle. Dabei übertragen die energetisch höherwertigen Moleküle ihre Energie auf die benachbarten Moleküle mit einer geringeren Energie. Ein Teilchentransport findet dabei nicht statt.

In elektrisch leitfähigen Körpern wie Metallen tragen außerdem die freien Ladungsträger, in der Regel Elektronen, zur Wärmeleitung bei; gute elektrische Leiter übertragen die Wärme besser.

Auch in Flüssigkeiten und Gasen wird die Wärmeleitung durch Stöße zwischen Teilchen dominiert, doch ist deren Bewegung stärker und es wirken auch andere Effekte (Durchmischung, Diffusion etc.) merklich. Die Wärmeleitung in Gasen hängt vom Druck ab. Leichte Atome bzw. Moleküle leiten besser als schwere.
Im Gegensatz zur Konvektion bilden sich bei reiner Wärmediffusion in Flüssigkeiten und Gasen keine Wirbel.

Aufgrund des Energieerhaltungssatzes geht bei der Wärmeleitung keine Wärme verloren.