Wie schnell verliert ein Material seine Wärme?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,
wie schnell verliert ein bestimmtes Material (hier Titanzink) in einer Umgebungstemperatur (hier zuerst +12°C dann in neuer Umgebung -10°C) seine Wärme (in meinem Fall Absenkung Materialwärme von +12°C auf +10°C)?

gesucht ist also die Zeit in der sich das Material auf die angegebene Temp in der Umgebung abkühlt

ich habe dazu noch folgende Kennwerte:

  • Dichte= 7100 kg/m3
  • c (spezifische Wärmekapazität)= 0,41 kJ/(kg x K)
  • Grösse 1 m2

wäre sehr nett wenn jemand eine Formel geben könnte mit einer kurzen Beschreibung, Danke

#2

Hallo,

dann hast Du ja schon alles.

Mal nachschlagen im Dubbel und ab dafür.

Gruß Kapok

#3

hallo und danke dir. Nach google weiss ich auch was ein Dubbel ist. Doch leider bin ich kein Maschinenbauer sondern komme eher aus dem Baugewerbe und daher hab ich das Buch nicht, bzw. gibt meine Bauphysikfibel da nicht viel her.
Falls du nachschlagen könntest und hier die Formel reinstellen könntest, wäre ich Dir sehr dankbar. Denn ich komme auf die Schnelle nicht in die Bibliothek.

Grüsse

#4

Hallo,
wie Du beim Anblick einer über nacht zugefrorenen Windschutzscheibe bemerken kannsrt, fehlt da noch was wichtiges: die vorhandene Strahlung. Vermutlich ist sie gleich Null, oder?

ich habe dazu noch folgende Kennwerte:

  • Dichte= 7100 kg/m3

Was nutzt die Dichte, wenn das Volumen unbekannt ist?

  • Grösse 1 m2

Was nutzt die Flächen oben, wenn die rundrum und unten unbekannt ist?

Was nutzt die Wärme außenrum, wenn der Wärmeübergangswiderstand zur Auflage und die Temperatur derselben unbekannt sind?

Und wie sieht es mit der Luftbewegung aus? Ein Lüfter auf dem Prozessorkühlkörper eines PC bewirkt das gleiche wie eine zig-fach vergrößerte Oberfläche…

Mit Deinen Angaben kann man leider noch nichts anfangen.
Gruß
loderunner

#5

Hallo,

dann hast Du ja schon alles.

Schau nochmal genauer hin und denk über einen Lösungsweg nach.

Mal nachschlagen im Dubbel und ab dafür.

Na, dann mach mal. Viel Vergnügen.

Gruß
loderunner

#6

wie schnell verliert ein bestimmtes Material (hier Titanzink)
in einer Umgebungstemperatur (hier zuerst +12°C dann in neuer
Materialwärme von +12°C auf +10°C)?

ich habe dazu noch folgende Kennwerte:

Hallo,

deine Frage und die angegebenen „Kennwerte“ stammen aus zwei verschiedenen Hausaufgaben.
Bei so einer babylonischen Verwirrung hilft dir auch der schönste Dubbel nichts.

Gruß

watergolf

#7

ok danke für die Antworten. Leider stammen die Daten nicht aus einem Hausaufgabenheft sondern von einem konkreten Bauvorhaben. Ich kann versuchen die Situation zu erklären:
Ich habe ein Titanzinkblech, und möchte wissen, in welcher Zeit mein Blech wenn ich es im Innenraum bei +12°C lagere (ein paar Tage) und es dann bei -10°C mit nach Aussen nehme und dort verbauen möchte auf +10°C abkühlt, denn ab dieser Temperaturgrenze darf dieses Material nicht gebogen werden, da es sonst in FOlge von Kaltsprödogkeit bricht.

Ich möchte gerne wie gesagt wissen, wie lange es CIRCA(!) dauert bis sich die Temperatur von +10°C an meinem Blech einstellt oder unterschritten wird, da ein Dachdecker für das Aufheizen der Bleche ca. eine halbe Stunde pro m2 berechnen möchte und das aus meiner Sicht zuviel ist und mit oben beschriebenem Vorgang viell umgangen werden kann.
sorry, hoffe man versteht das. Allerdings verstehe ich auch wenn professionelle Physiker hier keine Lust haben auf diese physikalisch-laienhafte aber aus dem täglichen Leben gegriffene Aufgabe zu antworten.

#8

Hallo Fragewurm,

sorry, hoffe man versteht das. Allerdings verstehe ich auch
wenn professionelle Physiker hier keine Lust haben auf diese
physikalisch-laienhafte aber aus dem täglichen Leben
gegriffene Aufgabe zu antworten.

Es geht nicht um die Lust, sondern um fehlende Fakten.

Was noch fehlt ist die Dicke des Bleches, weil man ohne sie die Masse gar nicht berechnen kann!

Beim Aufheizen muss nicht nur das Blech aufgeheizt werden, sondern auch der Untergrund auf welchem es aufliegt. Zudem reisst das Blech auch wenn Punktuell auf der Biegelinie das Blech unterkühlt ist.

Das Problem ist, dass man deinen Fall gar nicht berechnen kann, da zu viele Parameter variabel sind. Gerade auf dem Bau kann man viele Parameter gar nicht kontrollieren, das geht nur bedingt in einer Fabrikumgebung, aber auf dem Dach??
Man muss also ein Zeit nehmen welche auf der sicheren Seite liegt und in jedem Fall funktioniert, andernfalls hat man jede Menge Ausschuss, was auch nicht billiger wird, besonders wenn dann später Nachgearbeitet werden muss (Gewährleistung).

Praktisch wird das Blech, bei -10°C, innerhalb von Minuten die +10°C erreicht haben.

MfG Peter(TOO)

#9

Hallo,

warum schreibst du das denn nicht gleich?
Du hast aber wieder nur einen Teil der Vorgaben gemacht.
Wie dick ist das Blech? Wie viele Quadratmeter groß ist das Blech das von + 12 Grad °C nach draußen nach – 10 °C genommen wird? Wie lange wird an dem Blech herumgebastelt bis es die gewünschte Größe und Form hat?

sorry, hoffe man versteht das. Allerdings verstehe ich auch
wenn professionelle Physiker hier keine Lust haben auf diese

Ich bin kein „professioneller Physiker“ aber ich nehme an, daß das Blech 1mm dick ist und 1 m2 große Stücke zum Einsatz kommen.

Die im Blech gespeicherte Wärme läuft von innen (Gesamttemperatur = +12 °C) nach außen jeweils nur 0,5 mm zur Oberfläche mit der Umgebungstemperatur von -10 °C hin.
Da braucht man gar nichts zu berechnen, das sind wenige Minuten bis das 1 m2 große und nur 1 mm dicke Blech bei dieser deutliche vorhandenen Temperaturdifferenz (Δt = 22 °C) von + 12 °C auf +10 °C Gesamttemperatur ankommt und dann noch weiter abkühlen wird.

Der Handwerker kann da, wenn er kein Hochgeschwindigkeits-Blechpatscher ist, gar keine Garantie übernehmen, daß es nicht zum Kaltbruch kommt.

Grüße

watergolf

#10

Hallo,
es ist schon bedenklich, wie unscharf und verwirrend du
hier auf mehrfachen Nachfrage deine Problemstellung darlegst.
Das geht damit los, dass du Abkühlung für ein Material wissen willst,
aber dann auch dieses Material weitgehend unspezifisch läßt.

Die gegebenen Dichte von 7,1 liegt sehr nahe an der von Zink (7,14).
Da Titan mit ca. 4,5 angegeben ist, muss man annehmen, dass es sich doch
hauptsächlich um Zink handelt. Also kann man wohl auch dessen
spez. Wärmekap. ansetzen (ca. 390 J/(kg*K) = 390 Ws/(kg*K).

Dann ist es auch so, dass Konvektion an Oberflächen unabhängig vom
Material ist, aber sehr stark Abhängig von der effektiven Oberfläche
und auch vom Wetter.

Ohne Berücksichtigung von möglichen Niederschlägen kann man mit der
Faustformel rechen: Pv = (5,6 + 4v) W/(m²*K) mit (v in m/s).
Nimmt man also leichten Wind von 2m/s an, ist der Wärmeverlust
Pv = (5,6+8) W/(m2*K) * 22K = 299 W/ 1m².
Da ein Blech Ober- und Unterseite hat, gehen pro 1m² Blech also bei
geg. Annahme am Anfang ca. 600W zur Umgebung weg.
Das heißt, in 10s wären ca. 6000Ws = 6000 J durch Abkühlung verloren.

Da du immer noch nicht die Dicke des Bleches genannt hast, mußt du
ab hier selber weiter rechnen. Vermutlich ist es dünnes Blech,
also wenig Masse???

Es wird sich also wohl bestätigen, dass die 2 grd. in
Sekundenschnelle „verflogen“ sind.

Dabei sind aber eben noch nicht mal lokale Dreckeffekte durch Wärmeleitung
berücksichtigt, die möglicherweise durch Kontakt mit kalten Teilen
(z.B. Biegewerkzeuge, Ablagen usw.) zusätzlich entstehen.
Gruß Uwi

wie schnell verliert ein bestimmtes Material (hier Titanzink)
in einer Umgebungstemperatur (hier zuerst +12°C dann in neuer
Umgebung -10°C) seine Wärme (in meinem Fall Absenkung
Materialwärme von +12°C auf +10°C)?

gesucht ist also die Zeit in der sich das Material auf die
angegebene Temp in der Umgebung abkühlt

ich habe dazu noch folgende Kennwerte:

  • Dichte= 7100 kg/m3

  • c (spezifische Wärmekapazität)= 0,41 kJ/(kg x K)

  • Grösse 1 m2

wäre sehr nett wenn jemand eine Formel geben könnte mit einer
kurzen Beschreibung, Danke

#11

Hallo!

Das könnte man theoretisch schon berechnen. Dazu braucht man sog. Wärmeübergangskoeffizienten. Die sind von der Geometrie der Objekte abhängig. In deinem Fall wäre es eine glatte Fläche gegen Luft. Den dazugehörenden Koeffizienten findet man leicht in der einschlägigen Literatur oder im Netz. Damit bekommst du bei gegebener Temperaturdifferenz eine gewisse Wärmemenge (in Watt) die vom wärmeren zum kälteren Medium übertragen wird. Da sich die Temperaturdifferens stetig verringert ergibt sich für das Blech eine logarithmische Annäherung an die Außentemperatur. Für die ersten 2 Grad kannst du das sicher linearisieren.
Aus meinem recht gut ausgeprägten physikalischen Gefühl heraus kann ich dir sagen, daß die 2 Grad in weniger als 2 Minuten weg sind. Und bevor du dich mit Rechnungen verkünstelst, mach einen Versuch (Versuch macht kluch!).
Das Temperaturverhalten ist nicht von der Größe der Blechtafel abhängig. Du kannst für den Versuch deshalb einen Rest Blechfetzen verwenden. Für den Wärmeübergang ist auch die Richtung egal, also ob das Blech abkühlt oder sich erwärmt. Ich schlage dir folgenden Versuch vor: Lege einen kleinen Blech-Rest in die Kühltruhe. Wenn es duchgekühlt ist (15 min) nimmst du es raus und misst den Temperaturverlauf wie schnell es sich um 2 Grad Richtung Zimmertemperatur erwärmt. Es muss nur trocken genug sein, damit keine Kondensation auftritt. Dies würde das Ergebnis verfälschen. In dem Fall müsstest du die Temperatur des Blechs beim Abkühlen in der Kühltruhe messen. Ist etwas umständlicher, aber auch machbar.
Diese gemessenen Werte sind auf dein reales Problem sehr gut übertragbar. Vor allem ist es ein Versuch mit dem realen Material. Das ist allemal besser und genauer, als die kompliziertesten Rechnungen mit möglicherweise falschen Material-Parametern, die dann in der Praxis nicht stimmen.

Liebe Grüße,

Thomas.

#12

Hallo Praktiker,

ich antworte dir mal ganz unbefangen als Theoretiker, um dir klar zu machen, wie wichtig eine klare Sprache ist.

wie schnell verliert ein bestimmtes Material (hier Titanzink)

Was ist Titanzink? OK, Wikipadia sagt „Titanzink ist eine Legierung aus Zink und geringen Mengen Titan und Kupfer“, aber warum muss ICH das nachlesen?

in einer Umgebungstemperatur (hier zuerst +12°C dann in neuer
Umgebung -10°C) seine Wärme (in meinem Fall Absenkung
Materialwärme von +12°C auf +10°C)?

Du schreibst leider nicht, wie warm das Titanzink ist. Je wärmer es ist, desto schneller verliert es Wärme. Auch wenn es so sein sollte, dass das Titanzink von +12 auf -10°C abgekühlt wird, so handelt es sich nur um Vermutungen.

Und eine Wärme von +12 oder +10°C??? Kennst du den Unterschied zwischen Wärme und Temperatur nicht? Das kann ich kaum glauben, aber die Wärme ist die Ausbildungsvergütung, die jeden Monat auf dein Konto fließt und als SmartPhone ABfließt, die Temeratur ist der aktuelle Kontostand, der hoffentlich im Plus ist.

gesucht ist also die Zeit in der sich das Material auf die
angegebene Temp in der Umgebung abkühlt

Schon mal was von Wärmeleitung gehört, gerüchteweise gibt’s da auch Koeffizeinten und übles Zeugs.

Zoelomat