Optimaler Wärmeisolator

Hallo!

Vakuum ist doch nicht der Optimale Isolator oder?
Wenn ich jetzt an die Hitzekacheln des Spaceshuttles denke…

Kann man vielleicht Abschätzungen machen, wie gut man isolieren kann?
Also was für Werkstoffe es dazu gibt?

VG, Stefan

Hi!

Vakuum ist doch nicht der Optimale Isolator oder?

Doch!

Wenn ich jetzt an die Hitzekacheln des Spaceshuttles denke…

… dann sind das mit Sicherheit sehr gute Isolatoren, aber wohl noch lange nicht so gute wie Vakuum. Andererseits stelle ich es mir schwierig vor so ein Space-Shuttle in ein Vakuum „einzupacken“. :wink:

Kann man vielleicht Abschätzungen machen, wie gut man
isolieren kann?
Also was für Werkstoffe es dazu gibt?

Wie hoch die Wärmeleitfähigkeit solcher Kacheln ist kann ich dir zwar auch nicht sagen, hier aber mal ein paar Werte zum Vergleich.

Wärmekapazitäten (lambda) in W/(m*K)

Luft: 0,025
Wasser: 0,06
Glas: 0,7-0,9
Beton: 1,0 - 1,5
Holz (Eiche): 0,21
Holz (Kiefer): 0,14
Asbest: 0,17
Eisen: 50
Aluminium: 220
Kupfer: 400

Berechnet wird die Wärmeleitung mit folgender Formel:

Q [J] = (lambda * A * t * delta_T)/s

A = Fläche in m²
t = Zeit in sec.
s = Wanddicke in m
delta_T = Temperaturdifferenz in K

Um zu berechnen wie die Temperatur hinter einer „Isolierung“ ansteigt muss allerdings auch noch der Wärmeübergang von einem Medium aufs andere berechnet werden (z.B Luft auf Betonwand). Dazu benötigt man dann noch den Wärmeübergangskoeffizienten (alpha). Hab leider im Moment keine Beispiele greifbar. Dafür aber mal wieder ne Formel.

Q [J] = alpha * delta_T * t * A

Hallo!

Meines Wissens ist Vakuum der optimale Isolator. (Weniger als keine Wärmeleitung geht nicht).

Bei den Hitzeschutzkacheln geht es nicht so sehr darum, die Hitze fern zu halten, sondern ein Material zu finden, das möglichst heiß glüht, ohne selbst zerstört zu werden. Die hohen Temperaturen sind durchaus erwünscht. Dadurch wird nämlich viel Wärmestrahlung abgegeben, die der Bewegungsenergie des Shuttles entzogen wird. Müsste das Shuttle die gesamte in Wärme umgesetzte Bewegungsenergie in sich selbst aufnehmen, dann würde es verdampfen - egal aus welchem Material es bestünde.

Vakuum als Isolator hat zwei große Nachteile: Man muss mein evakuiertes Gefäß herstellen, was nicht so einfach ist und in vielen Fällen nicht so praktikabel. Außerdem: Während Vakuum die Wärmeleitung komplett unterbindet, lässt es Wärmestrahlung ungehindert durch. Um das zu verhindern, sind Thermosflaschen innen verspiegelt.

Michael

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Also, mir war schon sehr wichtig,
auch auf die Strahlung zu schauen, weil die Wärmeleitung beim Vakuum natürlich am günstigsten ist. Ich dachte an sowas wie evakuierte poröse Stoffe… (Von der Struktur her ähnlich wie geschäumter Beton. Deshalb hab ich an die Shuttlekacheln gedacht)

VG, Stefan

Hallo Stefan,

da hast du auch recht. Im Vakuum findet zwar keine Konvektion statt, aber für die Wärmestrahlung ist das Vakuum ideal. Daher könnten Schaumstoffe mit evakuierten Poren besser isolieren als ein Vakuum, aber es dürfte schwierig sein, solche Stoffe herzustellen. Immerhin würden offenporige Stoffe im Weltraum schnell ihren Gasgehalt verlieren.

Eigentlich kann man für ein Vakuum keine Wärmeleitfähigkeit definieren, da die Übertragung durch Strahlung stark von Temperatur und den Eigenschaften der Oberflächen abhängt. Man kann sich aber einen evakuierten Hohlblock mit entsprechenden inneren Oberflächen vorstellen und für eine bestimmte Temperatur den Energietransport durch Wärmestrahlung umrechnen in eine äquivalente Wärmeleitfähigkeit.

Ob bei den Bedingungen des Wiedereintritts eines Shuttle die Kacheln oder ein Vakuum besser isolieren würden, müsste man auf diese Weise nachrechnen, ist aber in der Praxis ziemlich egal, weil man wie schon bemerkt sowieso kein Vakuum um das Shuttle errichten kann.

Gruss Reinhard

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Hi,

In Vakuum gibt es keine Wärmeleitung und keinen Stofftransport (Konvektion), nur noch die Strahlung. Um die zu blockieren, braucht man einen Reflektor.

Suche unter dem Stichwort „Superisolation“ oder „Superisolator“ . Das ist ein Vakuum mit einem Stapel reflektierender und nicht miteinander verbundener Folien.

Gruß
Moriarty

Kommt schon hin
Hallo Stefan,

Ich dachte an sowas wie
evakuierte poröse Stoffe…

So etwas ähnliches wird für die Isolierung von Behältern für tiefkalte Flüssigkeiten benutzt. Die haben üblicherweise einen Doppelmantel. Der Zwischenraum ist mit einem Isoliermaterial in Form winziger Kügelchen gefüllt und evakuiert. Das funktioniert schon recht gut.

Gruß Kubi