Hitzekacheln (Luft/Raumfahrt)

Wissenschaft Physik
#1

Hallo Experten,

gerade war im TV ein Kurzbeitrag über Scramjets zu sehen, welche u.a. mit Hitzekacheln geschützt werden müssen. Dabei wurde gezeigt, wie so eine Hitzekachel - offensichtlich ein sehr leichtes oder poröses Material (laut Moderation eine „Karbonlegierung“) - glühend heiß aus einem Ofen genommen wurde. Diese „Kachel“ (in Form eines Kubus) wurde Sekunden später, noch hellrot glühend mit zwei bloßen Fingern an den etwas dunkler glühenden Kanten angefasst und hochgehoben. Wie kommt es, dass sich der Mann nicht die Finger verbrennt? Das Ding kommt doch frisch aus der Hitze und ist selbst, sage ich mal, 1000°C heiß. Ich bin verblüfft. Wie kann das sein?

Eine hohe spezif. Wärmekapazität alleine reicht mir zur Erklärung nicht aus. Wenn das Ding die Temperatur mal hat, gibt es die gespeicherte Wärmeenergie auch bestimmt wieder an die Umgebung bzw. die Finger ab: verbrannt. Allerdings wäre die Isolation für eine längere Zeit gewährleistet, da der Stoff auf der heißen Seite noch viel Wärmeenergie aufnehmen könnte, während auf der anderen Seite noch angenehme Kühle herrschen würde. Allerdings nur für eine begrenzte Zeit, nämlich bis die Hitze durch das Material gewandert ist.

Eine extrem niedrige spezif. Wärmekapazität würde mir spontan am meisten einleuchten, da eine große Temperaturerhöhung trotz allem eine nur geringe aufgenommene, also auch eine geringe wieder abzugebende Wärmeenergie bedeutete. Andererseits wäre ein Solcher Stoff doch wohl kaum als Wärmeisolator zu gebrauchen, da die Wärmeleitung durch die extrem geringe Kapazität doch um ein Vielfaches schneller stattfinden würde als bei einem Isolator mit extrem hoher Wärmekapazität, weil eben der ganze Block (Bezug nehmend auf den Kubus) im Nullkommanix vollständig durch und durch erhitzt wäre. Oder irre ich mich jetzt total?

Weiß jemand eine gute Website oder kann mir jemand bitte kurz auf die Sprünge helfen? Google liefert zwar viele Suchergebnisse, jedoch habe ich keines mit physikalischen Hintergrundinformationen finden können. Ich weiß nur, dass das Zeug von manchen Beiträgen „reinforced carbon-carbon (RCC)“ genannt wird und dass andere von „Keramik“ sprechen. Es gibt da wohl mehrere Technologien. Wäre nett, wenn jemand was wüsste.

Gruß
Huttatta

#2

Die spezifische Wärmekapazität des ganzen Körpers reicht zur Erklärung des Phänomens alleine nicht aus. Da der Körper porös ist, handelt es sich - wärmetechnisch gesehen - um ein hochkomplexes Gebilde, praktisch um ein riesiges Aderwerk, das auch noch mit der Luft in den Poren wechselwirkt - ein zweites komplexes Düsensystem. Je nachdem, wie das Porenwerk aufgebaut ist, sind die unterschiedlichsten Szenarien denkbar, beispielsweise, daß sich die Wärmeströme schockwellenartig ausbreiten und dadurch schon kurz nach Ende der Erhitzung an bestimmten Stellen - vielleicht auch nur vorübergehend - die Temperatur erträglich ist. Der Hersteller hat vermutlich viel Forschungsarbeit investiert und wird das Geheimnis des Materials wahrscheinlich nicht preisgeben.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#3

Hi Huttatta

Ich habe den Beitrag auch gesehen. Ich will jetzt den Produzenten nichts unterstellen, aber für mich sah es ein bißchen so aus, als hätte der Würfel eine halb-lichtdurchlässige Schale und jemand hätte eine Leuchtdiode im Inneren platziert :stuck_out_tongue:
Nein, mal den wahrscheinlicheren Fall vorrausgesetzt, dass solch ein Material wirklich existiert, würde ich mir den Effekt so erklären: Das Material hat die Eigenschaft, dass es nach Zuführung einer großen Wärmemenge sich stark erhitzt und einen Teil der zugeführten thermischen Energie in Licht umwandelt, der nach außen abgegeben wird. Bringt man den Körper aus dem Ofen raus, kühlt er sich vermutlich genauso schnell wieder ab. Jetzt kommt das zu tragen was du angesprochen hast, und was ich auch nicht nachvollziehen kann: Irgendwo muss die Wärme ja hin, wahrscheinlich ins Flugzeug, aber das passiert nicht. Naja ist wohl ein Herstellergeheimnis (wie coca cola). Was aber interessant ist, ist die Beschaffenheit des Klotzes. Da er porös ist, reagiert er nicht auf die starke Temperaturveränderung (warm in kalt) mit Strukturveränderung (platzt also nicht wie ein Stein) sondern gibt weiter Lichtenergie ab. Muss also ein Stoff sein, der Lichtenergie adsorbiert, obwohl er derart kalt ist, dass man ihn anfassen kann. Widerspricht der Erfahrung, aber warum kann man kochendes Wasser anfassen, was Zimmertemperatur hat, ohne sich daran zu verbrennen? - weil der Umgebungsdruck entsprechend gering ist.

gruß flo

#4

Hallo,

gerade war im TV ein Kurzbeitrag über Scramjets zu sehen,
welche u.a. mit Hitzekacheln geschützt werden müssen. Dabei
wurde gezeigt, wie so eine Hitzekachel - offensichtlich ein
sehr leichtes oder poröses Material (laut Moderation eine
„Karbonlegierung“) - glühend heiß aus einem Ofen genommen
wurde. Diese „Kachel“ (in Form eines Kubus) wurde Sekunden
später, noch hellrot glühend mit zwei bloßen Fingern an den
etwas dunkler glühenden Kanten angefasst und hochgehoben. Wie
kommt es, dass sich der Mann nicht die Finger verbrennt? Das
Ding kommt doch frisch aus der Hitze und ist selbst, sage ich
mal, 1000°C heiß. Ich bin verblüfft. Wie kann das sein?

Mit ein bisschen Übung kannst Du auch ein glühendes Stück Holzkohle mit den Fingern hochheben ohne Dich zu verbrennen. Das ist in etwa der gleiche Effekt. Sinnvollerweise befeuchtet man die Finger vorher noch. An den Berührungsstellen kühlt die Oberfläche sofort ab wobei Asche und erloschene Holzkohle die Finger vor Wärmezufuhr schützen.

Eine hohe spezif. Wärmekapazität alleine reicht mir zur
Erklärung nicht aus.

Richtig, mit Wärmekapazität hat es auch nicht viel zu tun.

Wenn das Ding die Temperatur mal hat,
gibt es die gespeicherte Wärmeenergie auch bestimmt wieder an
die Umgebung bzw. die Finger ab: verbrannt.

Die gespeicherte Wärmemenge in der Isolation ist irrelevant. Sinn und Zweck dieser Teile ist die Wärmeisolation.

Allerdings wäre
die Isolation für eine längere Zeit gewährleistet, da der
Stoff auf der heißen Seite noch viel Wärmeenergie aufnehmen
könnte, während auf der anderen Seite noch angenehme Kühle
herrschen würde. Allerdings nur für eine begrenzte Zeit,
nämlich bis die Hitze durch das Material gewandert ist.

Wie lange das Material isoliert, hängt vorrangig nicht von der Wärmekapazität der Isolation sondern von der des Körpers (z.B. Raumfähre) dahinter ab. Bei der Landung eines Raumschiffes muß dessen kinetische Energie in Wärme umgewandelt werden. Bekanntlich ist diese Energie so groß, dass sie ein ungeschütztes Raumschiff verglühen lassen würde. Erlaubt man durch eine temperaturbeständige und gut isolierende Schutzhülle eine hohe Außentemperatur, stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem genauso viel Wärme durch Luft- und Strahlungskühlung abgegeben werden kann wie durch Reibungswärme aufgenommen wird. Die Bordwand muß dann nur noch den Rest Wärme aufnehmen, den die Isolation durch Wärmeleitung überträgt.

Eine extrem niedrige spezif. Wärmekapazität würde mir spontan
am meisten einleuchten, da eine große Temperaturerhöhung trotz
allem eine nur geringe aufgenommene, also auch eine geringe
wieder abzugebende Wärmeenergie bedeutete. Andererseits wäre
ein Solcher Stoff doch wohl kaum als Wärmeisolator zu
gebrauchen, da die Wärmeleitung durch die extrem geringe
Kapazität doch um ein Vielfaches schneller stattfinden würde
als bei einem Isolator mit extrem hoher Wärmekapazität, weil
eben der ganze Block (Bezug nehmend auf den Kubus) im
Nullkommanix vollständig durch und durch erhitzt wäre. Oder
irre ich mich jetzt total?

Ja, Wärmekapazität und Wärmeleitung sind zwei ganz verschiedene Dinge. Es geht nicht darum Wärme aufzunehmen sondern darum, die Wärme sofort wieder abzugeben, bevor sie überhaupt irgendwo eindringen kann und dazu ist eine hohe Außentemperatur und eine gute Wärmeisolation notwendig.

Jörg

#5

Hallo.

Zunächst einmal: das Shuttle hat mehrere Varianten - je nach Anbringungsort und Zweck - von Hitzeschutzkacheln. Die wichtigsten sind dabei die RCC-Kacheln (Bug und Flügelkanten) und die HRSI-Kacheln (Unterseite), beide müssen die größte Hitze ertragen (bis ~1200°C). RCC bedeutet Reinforced Carbon-Carbon, ein hochporöser Verbundwerkstoff aus Kohlenstoff-Kurzfasern in einer Matrix aus Kohlenstoff und Siliziumcarbid, HRSI hingegen steht für High-temperature Reusable Surface Insulation, ein ebenfalls hochporöser Werkstoff bestehend aus Siliziumdioxid-Fasern. Hochporös heißt in dem Fall, dass die Dichte unter 0,2 g/cm³ (!) liegt, das ist, wenn ich mal so salopp sagen darf, fernab von Gut und Böse. Diese hohe Porosität wiederum hat eine sehr hohe spezifische Oberläche zur Folge, d.h. die verfügbare Abstrahlungsfläche für einen kleinen Kubus von - naja, sagen wir - 125 cm³ ist sehr hoch. Zudem haben diese Werkstoffe eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, ebenfalls aufgrund der Porosität (aber auch wegen dem Material). Durch das Zusammenspiel beider Eigenschaften ist es möglich eine große Wärmemenge aufzunehmen, diese jedoch nicht (bzw. nur gering) weiterzuleiten, sondern in Form von Strahlung schneller wieder abzugeben. Deswegen kann man die Kachel, wenn sie aus dem Ofen genommen wird, nach kurzer Zeit wieder mit bloßen Fingern anfassen: die äußere Schicht ist durch Strahlung schon ausreichend abgekühlt und die Hitze aus dem Inneren benötigt noch längere Zeit. Ein bisschen Spucke oder nasser Quarzstaub an den Fingern tut da sein Übriges.

Und ja, beide Materialien kann man aufgrung der Struktur und der Herstellung als Keramiken bezeichnen.

mfg Dirk

#6

Infrarotstrahlungsphysik mal anders
Bitte?

Das Material hat die Eigenschaft, dass es
nach Zuführung einer großen Wärmemenge sich stark erhitzt und
einen Teil der zugeführten thermischen Energie in Licht
umwandelt, der nach außen abgegeben wird.

Das ist Eingenschaft _aller_ Festkörper.

Bringt man den
Körper aus dem Ofen raus, kühlt er sich vermutlich genauso
schnell wieder ab.

und

Muss also ein Stoff sein, der
Lichtenergie adsorbiert, obwohl er derart kalt ist, dass man
ihn anfassen kann.

Jeder Stoff adsorbiert Lichtenergie, auch wenn er kalt ist. Einige machen das besser (die mit Emissionsgrad in der Nähe von 1), einige machen das schlechter.

Sehr geehrter Herr Physikstudent, bitte folgendes durcharbeiten:
Plancksches Strahlungsgesetz
Wiensches Verschiebungsgesetz
Stefan-Boltzmann Gesetz

Am besten mit Bespielrechnungen für den Bereich 250…5000 K.

Widerspricht der Erfahrung, aber warum kann
man kochendes Wasser anfassen, was Zimmertemperatur hat, ohne
sich daran zu verbrennen? - weil der Umgebungsdruck
entsprechend gering ist.

Bitte?

MfG

C.

#7

Porosität vs. Schwarzer Strahler

Böse. Diese hohe Porosität wiederum hat eine sehr hohe
spezifische Oberläche zur Folge, d.h. die verfügbare
Abstrahlungsfläche für einen kleinen Kubus von - naja, sagen
wir - 125 cm³ ist sehr hoch.

Die Porosität eines Stoffes hat keinen Einfluß auf die effektive Abstrahlungsfläche.
Ansonsten wären die Nachbildungen von Schwarzen Strahlern keine (nahezu) Schwarzen Strahler.

MfG

C.

#8

Hallo.

Die Porosität eines Stoffes hat keinen Einfluß auf die
effektive Abstrahlungsfläche.

Da bin ich anderer Meinung, und zwar wenn es sich - wie im gegebenem Fall - um offene, zelluläre Porosität handelt. Oder täusche ich mich da?

mfG Dirk

#9

Da bin ich anderer Meinung, und zwar wenn es sich - wie im
gegebenem Fall - um offene, zelluläre Porosität handelt. Oder
täusche ich mich da?

Ich fürchte schon. Vereinfacht ausgedruckt strahlen sich die Seitenwände der Poren gegenseitig an. Die Anzahl und Tiefe der Poren hat also keinen Einfluß auf die nach Aussen abgestrahlte Energie. Man bildet nur besser einen Hohlraum- oder Schwarzen Strahler nach :wink:

Durch Hohlraumeffekt steigt zwar der Emissionsgrad auf Werte in der Nähe von 1 an, aber wenn der Ausgangsstoff (Keramik) eh schon Epsilon bei 0,9 oder besser hatte, ist das nicht kriegsentscheidend. Und wenn wir einen Quader mit 100 qcm Stirnfläche hatten, der glatt z. B. einen Epsilon = 0,96 hat, dann wird der gleiche Quader aus einem hochporösem Stoff eben einen Epsilon von sagen wir 0,97…0,98 haben. Und zwar weiter auf 100 qcm Stirnfläche bezogen und nicht mehr.

MfG

C.

#10

???
Hallo,

Die spezifische Wärmekapazität des ganzen Körpers reicht zur
Erklärung des Phänomens alleine nicht aus.

Stimmt.

Da der Körper porös ist, handelt es sich - wärmetechnisch gesehen

  • um ein hochkomplexes Gebilde,

wieso nur wärmetechnisch?

praktisch um ein riesiges Aderwerk, das
auch noch mit der Luft in den Poren wechselwirkt -

Wenn Luft drin ist. Und wer wechselwirkt da denn? Die Wärme? Das Aderwerk? Das hochkomplexe Gebilde? Und worin besteht die Wechselwirkung?

ein zweites komplexes Düsensystem.

Was hat das mit Düsen zu tun? Wo sind denn da welche?

Je nachdem, wie das Porenwerk aufgebaut
ist, sind die unterschiedlichsten Szenarien denkbar,

Ja.

beispielsweise, daß sich die Wärmeströme schockwellenartig
ausbreiten

Wie darf man sich so eine Schockwelle vorstellen?

und dadurch schon kurz nach Ende der Erhitzung an
bestimmten Stellen - vielleicht auch nur vorübergehend - die
Temperatur erträglich ist.

Häh? Die Wärme wandert also wellenartig hin und her wie eine Flüssigkeit, oder was? Wie findet man diese ‚bestimmten Stellen‘ heraus - durch anfassen?

Der Hersteller hat vermutlich viel
Forschungsarbeit investiert und wird das Geheimnis des
Materials wahrscheinlich nicht preisgeben.

Heißt das jetzt: Du weist nicht, was da passiert?
Warum verteilst Du dann hier noch zusätzliche Nebelkerzen?

Gruß
Axel (der an Herrn Nuhr denkt)

#11

Durch Hohlraumeffekt steigt zwar der Emissionsgrad auf Werte
in der Nähe von 1 an, aber wenn der Ausgangsstoff (Keramik) eh
schon Epsilon bei 0,9 oder besser hatte, ist das nicht
kriegsentscheidend.

Naja, gehen wir einmal von 0,8 aus, aber das ist sicherlich ebenfalls nicht kriegsentscheidend:smile:

Und wenn wir einen Quader mit 100 qcm
Stirnfläche hatten, der glatt z. B. einen Epsilon = 0,96 hat,
dann wird der gleiche Quader aus einem hochporösem Stoff eben
einen Epsilon von sagen wir 0,97…0,98 haben. Und zwar weiter
auf 100 qcm Stirnfläche bezogen und nicht mehr.

Gut, der Oberflächen-Einfluss ist also nur als sehr marginal zu betrachten. Obwohl das zunächst meinem „klassischem Physiksinn“ widersprach, haben mich deine Ausführungen überzeugt. Danke.

mfG Dirk

#12

Hallo,

ob du dir die Finger verbrennst hängt nicht primär von der Temperatur des Körpers ab, sondern davon, wieviel Energie er an dich in welcher Zeit abgibt. Hast du wie im vorliegenden Fall einen extrem schlechten Wärmeleiter, so kann beim Berühren nur die äußerste Schicht des Klotzes eine geringe Menge Energie abgeben. Anschließend ist der Wärmenachschub fast null. Die Geringe aufgenommene Wärmemenge kann aber nur deine äußere Hautschicht erwärmen.

etwas ungenau ausgedrückt wird die Wärme in der Haut schneller abgeführt, als der schlecht wärmeleitende Klotz sie nachliefern kann.

Gruß, Niels

#13

Man muss ja auch nicht immer jedes Wort auf die Goldwaage legen

Bitte?

Das Material hat die Eigenschaft, dass es
nach Zuführung einer großen Wärmemenge sich stark erhitzt und
einen Teil der zugeführten thermischen Energie in Licht
umwandelt, der nach außen abgegeben wird.

Das ist Eingenschaft _aller_ Festkörper.

Ich weiß, deswegen hab ich es auch geschrieben.

Bringt man den
Körper aus dem Ofen raus, kühlt er sich vermutlich genauso
schnell wieder ab.

Ich korrigiere: „Er kühlt sich außerordentlich und im Vergleich zu anderen Materialien schneller ab“

und

Muss also ein Stoff sein, der
Lichtenergie adsorbiert, obwohl er derart kalt ist, dass man
ihn anfassen kann.

Jeder Stoff adsorbiert Lichtenergie, auch wenn er kalt ist.
Einige machen das besser (die mit Emissionsgrad in der Nähe
von 1), einige machen das schlechter.

Ich kenne keinen Stoff, der aufgrund der Abgabe seiner inneren Energie glüht und sich schmerzfrei anfassbar ist.

Sehr geehrter Herr Physikstudent, bitte folgendes
durcharbeiten:
Plancksches Strahlungsgesetz
Wiensches Verschiebungsgesetz
Stefan-Boltzmann Gesetz

Ohje. Es gibt Menschen im Internet die haben es sich zur Aufgabe gemacht, die Beiträge anderer zu kritisieren und gleichzeitig nichts zum Thema zu sagen (Trolls). Wenn du weißt, wie das Material funktioniert, dann berichte bitte. Da hab ich mich schon angestrengt meinen Bericht im Konjunktiv zu verfassen, und hier und da ein paar „vermutlich“ und „vielleicht“ reinzustreuen, und dann sowas.

Widerspricht der Erfahrung, aber warum kann
man kochendes Wasser anfassen, was Zimmertemperatur hat, ohne
sich daran zu verbrennen? - weil der Umgebungsdruck
entsprechend gering ist.

Bitte?

Bitte wiederholen:
Sättigungsdampfdruck
Siedetemperatur
Hauptsätze der Thermodynamik

Grüße
Flo

#14

Hallo,

Die spezifische Wärmekapazität des ganzen Körpers reicht zur
Erklärung des Phänomens alleine nicht aus.

Stimmt.

Da der Körper porös ist, handelt es sich - wärmetechnisch gesehen

  • um ein hochkomplexes Gebilde,

wieso nur wärmetechnisch?

Ich habe gar nicht gesagt, daß es sich nur wärmetechnisch um ein komplexes Gebilde handelt.

praktisch um ein riesiges Aderwerk, das
auch noch mit der Luft in den Poren wechselwirkt -

Wenn Luft drin ist. Und wer wechselwirkt da denn? Die Wärme?
Das Aderwerk? Das hochkomplexe Gebilde? Und worin besteht die
Wechselwirkung?

In den Poren wird sich sehr wahrscheinlich Luft befinden, was sollte den sonst darin sein ? Das Experiment fand doch in keiner Vakuumkammer statt.

ein zweites komplexes Düsensystem.

Was hat das mit Düsen zu tun? Wo sind denn da welche?

Natürlich befindet sich in einem porösen Körper ein Düsensystem. Man kann das aber wahrscheinlich nicht mit bloßem Auge sehen.

Je nachdem, wie das Porenwerk aufgebaut
ist, sind die unterschiedlichsten Szenarien denkbar,

Ja.

beispielsweise, daß sich die Wärmeströme schockwellenartig
ausbreiten

Wie darf man sich so eine Schockwelle vorstellen?

und dadurch schon kurz nach Ende der Erhitzung an
bestimmten Stellen - vielleicht auch nur vorübergehend - die
Temperatur erträglich ist.

Häh? Die Wärme wandert also wellenartig hin und her wie eine
Flüssigkeit, oder was? Wie findet man diese ‚bestimmten
Stellen‘ heraus - durch anfassen?

Die Wärme eine Körpers ist doch nichts anders als Schwingungen der Teilchen, aus denen er besteht. Wenn der Körper eine bestimmte Struktur hat, kann es zu - zumindest vorübergehend zu Inhomogenitäten bei der Temperaturverteilung kommen. Vorüberströmende Luft (in den Poren) ist ein außerordentlich guter Wärmetransporteur. Wenn sich in dem Körper an vielen Stellen durch seine spezifische Struktur ein Schornsteineffekt aufbaut, kann außerordentlich viel Wärme in kürzester Zeit nach außen gelangen.

Der Hersteller hat vermutlich viel
Forschungsarbeit investiert und wird das Geheimnis des
Materials wahrscheinlich nicht preisgeben.

Heißt das jetzt: Du weist nicht, was da passiert?
Warum verteilst Du dann hier noch zusätzliche Nebelkerzen?

Gruß
Axel (der an Herrn Nuhr denkt)

#15

In den Poren wird sich sehr wahrscheinlich Luft befinden, was
sollte den sonst darin sein ? Das Experiment fand doch in
keiner Vakuumkammer statt.

Das wäre ja fatal für die Aussagekraft des Versuches. Denn die Fähre trifft in die Atmosphäre nach einem Weltraumflug ein. Und im Weltraum herrscht meineswissens nahezu Vakuum.

Insofern dürften die offenen Poren beim Wiedereintritt doch recht luftleer sein. Auch die Luftdichte in den Schichten, wo die meiste Bremswirkung und Wärmeentwicklung stattfindet, ist nach irdischen Maßstäben recht nahe Null.

MfG

C.

#16

Man muss ja auch nicht immer jedes Wort auf die Goldwaage
legen

Hätte diesen Artikel eine esoterisch angehauchte Hausfrau geschrieben, würde ich es auch sagen. Bist Du eine esoterisch angehauchte Hausfrau, oder studierst Du Physik?

Das ist Eingenschaft _aller_ Festkörper.

Ich weiß, deswegen hab ich es auch geschrieben.

Jetzt ja. Mit „das Material“ war ja vorhin nur die Schutzkachel
gemeint :->

Ich korrigiere: „Er kühlt sich außerordentlich und im
Vergleich zu anderen Materialien schneller ab“

Und die Ursache dafür ist?
Oder was ist der Grund zur Annahme, daß es sich „außerordentlich und im Vergleich zu anderen Materialien schneller“ abkühlt?
Oder war das reine und unbegründete Spekulation?

Ich kenne keinen Stoff, der aufgrund der Abgabe seiner inneren
Energie glüht und sich schmerzfrei anfassbar ist.

Vom Glühen war im Satz davor keine Rede. Und daß die Kachel im glühendem Zustand schmerzfrei angefasst werden dürfen, ist auch eine freie Erfindung.

Ich zittiere mal:
„Da er porös ist, reagiert er nicht auf die starke Temperaturveränderung (warm in kalt) mit Strukturveränderung (platzt also nicht wie ein Stein) sondern gibt weiter Lichtenergie ab. Muss also ein Stoff sein, der Lichtenergie adsorbiert, obwohl er derart kalt ist, dass man ihn anfassen kann.“

Jeder Stoff (auch Flüssigkeiten und Gase) bei jeder Temperatu grösser 0 K adsorbiert Lichtenergie und gibt elektromagnetische Strahlung ab. Ob diese Strahlung infrarot, sichtbar, oder ultraviolett ist, hängt nur von der Temperatur des Körpers.

Das ist keine besondere Eigenschaft des Kachel-Stoffes.

verfassen, und hier und da ein paar „vermutlich“ und
„vielleicht“ reinzustreuen, und dann sowas.

Bei allem Respekt, aber die erklärung war nicht hier und da „vermutlich“ und „vielleicht“, sonder nur sinnlos.

Bitte wiederholen:
Sättigungsdampfdruck
Siedetemperatur
Hauptsätze der Thermodynamik

Was hat kochen von Wasser in der Stratosphäre mit Wärmeleitung von Schutzkacheln?

Ein Beitrag, der nur 1. als Erklärung frei erfundene Spekulationen gibt und 2. die auch noch falsch erklärt, hat es nicht anders verdient.

MfG

C.

#17

Hallo,

Da der Körper porös ist, handelt es sich - wärmetechnisch gesehen

  • um ein hochkomplexes Gebilde,

wieso nur wärmetechnisch?

Ich habe gar nicht gesagt, daß es sich nur wärmetechnisch um
ein komplexes Gebilde handelt.

Eben. Der ganze Satz hat irgendwie keinen Inhalt. Hochkomplex ist alles aus irgendeinem Blickwinkel.

In den Poren wird sich sehr wahrscheinlich Luft befinden, was
sollte den sonst darin sein ? Das Experiment fand doch in
keiner Vakuumkammer statt.

Es kann alles mögliche sein. z.B. irgendein Gas, das Wärme schlechter leitet als Luft.
Vielleicht ist es auch ein Schutzgas, das Veränderungen des Materials bei der Herstellung verhindern soll.
Vielleicht ist es auch ein ganz exotisches Gas, das beim Herstellen des Materials aus diesem austritt.
Und vielleicht schäumt das Material in geschmolzener Form auch genau dann, wenn der Druck gering genug ist.
Irgendwie muß das Zeug ja Blasen bilden.
Zusammengefasst: man weiß es nicht.

ein zweites komplexes Düsensystem.

Was hat das mit Düsen zu tun? Wo sind denn da welche?

Natürlich befindet sich in einem porösen Körper ein
Düsensystem. Man kann das aber wahrscheinlich nicht mit bloßem
Auge sehen.

Man kann es überhaupt nicht sehen, wenn es ein geschlossenporiges Material ist, weil dann schlicht keine Öffnungen in den Poren sind.
Des weiteren ist nicht jedes Loch eine Düse, ich weiß gar nicht, was der Begriff hier verloren hat.
Und drittens: wo ist das erste komplexe Düsensystem?

beispielsweise, daß sich die Wärmeströme schockwellenartig
ausbreiten

Wie darf man sich so eine Schockwelle vorstellen?

Nu? Wie isses damit?

Die Wärme eine Körpers ist doch nichts anders als Schwingungen
der Teilchen, aus denen er besteht.

Kann man so sehen.

Wenn der Körper eine bestimmte Struktur hat,

Nöö, auch wenn er eine beliebige andere Struktur hat.

kann es zu - zumindest vorübergehend
zu Inhomogenitäten bei der Temperaturverteilung kommen.

Das ist sogar der Regelfall, daß die Temperatur in einem Körper nicht überall gleich ist. Überall an den Kontaktflächen zur ‚Außenwelt‘ gibt es Temperaturunterschiede. Und die wirken sich je nach Wärmeleitung in die Tiefe des Körpers als Temperaturgefälle aus. Nur bei unendlich hoher Wärmeleitfähigkeit (die es nicht gibt) oder wenn die Temperatur rund um den Körper herum die gleiche ist wie im Körper (was nun auch wieder ein Sonderfall ist und hier nicht zutrifft) gäbe es eine homogene Temperatur.

Vorüberströmende Luft (in den Poren) ist ein außerordentlich
guter Wärmetransporteur.

Nur, wenn sie strömen kann. Geschlossene Poren verhindern das. Was meinst Du eigentlich, warum Styropor so gut isoliert?

Wenn sich in dem Körper an vielen
Stellen durch seine spezifische Struktur ein Schornsteineffekt
aufbaut, kann außerordentlich viel Wärme in kürzester Zeit
nach außen gelangen.

Was dann auch genau die Absicht bei den Wärmekacheln ist?

Ich muß schon wieder an Dieter Nuhr denken…

Und außerdem erklärt das natürlich in keiner Weise, warum da nun die Wärme hin- und herschwappen soll, so daß die Temperatur mal erträglich ist und mal nicht.

Gruß
Axel

#18

Ergänzung: Herstellung v. Hitzeschutzkacheln
Hallo.

Es kann alles mögliche sein. z.B. irgendein Gas, das Wärme
schlechter leitet als Luft
Vielleicht […]
Zusammengefasst: man weiß es nicht.

Wenn ich hier einmal einhaken darf. Da das Stichwort schon gefallen ist, möchte ich für alle, die Interesse daran haben, die Herstellung der Kacheln kurz umreißen.

Wie schon erwähnt werden beim Space Shuttle mehrere (insgesamt fünf) Typen von Hitzeschutzkacheln angewendet. Die wichtigsten beiden - da für Bereiche mit sehr hoher Temperatur vorgesehen - sind RCC- sowie HRSI-Kacheln.

RCC steht für Reinforced Carbon-Carbon, einem Verbundwerkstoff aus Kohlefasern (KF) eingebunden in eine Matrix bestehend aus Kohlenstoff und Siliciumcarbid (SiC).
Zur Herstellung dieses Materials wird zunächst ein Gewebe aus KF (hergestellt aus Cellulosefasern, da die daraus resultierenden KF thermisch sehr schlecht leiten) mit Phenolharz getränkt und in einem Autoklav ausgehärtet. Nun unterzieht man das ganze einer Pyrolyse (in Schutzgas), um das Harz in Kohlenstoff zu überführen. Der Vorgang wird noch einige Male mit einer anderen Substanz wiederholt. Nun hat man ein kohlefaserverstärktes Stück Kohlenstoff mit einem stark kapillarförmigen Porennetzwerk.
Kohlenstoff setzt sich jedoch bei hohen Temperaturen und Kontakt mit Sauerstoff zu CO2 um, was fehlt ist also ein Oxidationsschutz. Das wird mit der sog. Silicierung erreicht. Bei diesem Verfahren diffundiert Silicium bei hohen Temperaturen (und unter Argonatmosphäre) in die Oberfläche und setzt sich dort mit dem Kohlenstoff zu Siliciumcarbid um. Die bei diesem Verfahren entstehenden Temperatur-Spannungsrisse in der Oberfläche werden mit einer Beschichtung aus Tetraethylorthosilicat versiegelt. Anschließend folgt noch eine Glasur mit Borosilikatglas. Fertig ist die RCC-Kachel.
Das letzte Gas, mit dem die Kachel in Kontakt kam ist übrigens Luft.

HRSI steht für High-temperature Reusable Surface Insulation, zu deutsch wiederverwendbare Hochtemperatur-Oberflächenisolierung. Die Herstellung gestaltet sich hier etwas einfacher.
Zunächst werden aus einer Schmelze von Siliciumdioxid (SiO2) über das sog. Schmelzextraktionsverfahren Fasern gezogen. Die Fasern werden dann in den sog. Schlicker (Suspension aus Wasser und einem Bindemittel, hier ebenfalls Siliciumdioxid) gegeben, das Wasser entzogen und anschließend gesindert. Dadurch erhält man wiederum einen Körper mit hoher offener Porosität, welcher abschließend ebenfalls mit einer Schicht aus Borosilikatglas beschichtet wird.
Auch hier befindet sich Luft innerhalb des Porennetzwerks.

mfG Dirk

#19

Danke! Sehr informativ! (o.w.T.)
-nix-