Passive Mechanismen in der Solarenergie - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 158

Tab. 4.6 Typische spezifische Wärmeleitfähigkeit in (W/(mK)) einiger Stoffe bei Normdruck
(1013 mbar) und -temperatur (25 °C)
Metalle

λ
(W/(mK))

Flüssig-
keiten

λ
(W/(mK))

Feststoffe λ

(W/(mK))

Gase λ

(W/(mK))

Alumi-
nium

221 Benzin 0.14 Beton 2.1 Argon 0.016

Wismut 8.4 Glyzerin 0.286 Glas 0.76 Helium 0.143

Blei 35 Heizöl 0.14 Kalkstein 2.2 CO 2 0.015

Eisen 80.2 Maschi-

nenöl

0.124 Marmor 2.8 Methan 0.034

Gold 314 2.2 Sand 0.58 O 2 0.023

Eis bei 0°

Kalium 135 H 2 O

(10 °C)

0.58 Sandstein 2.3 N 2 0.02

Kupfer 393 H 2 O

(60 °C)

0.644 Baustahl 40 H 2 0.18

Messing 120 H 2 O

(100 °C)

0.679 Edelstahl 15 Vakuum 0.0

Natrium 133 Ziegel 0.5-1.4 Xe 0.0051

Silber 429 Diamant 2.300 Luft 0.0245

Wolfram 167 Silizium 148

Zink 110 Schwefel 0.269

Zinn 67

Das Wiedemann-Franz Gesetz beschreibt, dass in Metallen die Ladungsträger auch
Träger von Wärmeenergie sind. Es gilt für sehr tiefe und sehr hohe Temperaturen. Ab-
weichungen ergeben sich bei mittleren Temperaturen (10 K-200 K) (Powell 1965 ). Das
Wiedemann-Franz-Gesetz berücksichtigt nicht die Beiträge zum Transportvorgang, die
durch Gitterschwingungen (Phononen) zur Wärmeleitung beitragen. Diese Gitterschwin-
gungen können Wärme transportieren, aber keine elektrischen Ladungsträger. Obwohl
es mittlerweile durch physikalische Prozesse möglich ist, in ihrem Verhalten anisotrope
Metalle herzustellen, beschreibt das Wiedemann Franz-Gesetz in Feststoffen die Wärme-
leitung hinreichend genau. Die Tab. 4.6 zeigt einige typische Wärmeleitfähigkeiten von
Feststoffen, wie Metallen, Flüssigkeiten, Kompositen und Gasen. Aus der Tab. 4.6 geht
hervor, dass es einen erheblichen Unterschied zwischen den Werten der Feststoffe und
insbesondere der Gase gibt.
Interessant ist ein Vergleich der Wärmeleitwerte der Gase mit den Werten von Isolier-
stoffen und losen Schüttungen, den die Tab. 4.7 zeigt. Beide liegen ungefähr auf einem
Niveau und weit unterhalb der Werte eines homogenen Kontinuums. Man kann sich ein-
fach überlegen, dass bei einer geringen Moleküldichte die Anzahl der Grenzflächenkon-
takte eine Rolle spielt. Bei losen Schüttungen gibt es nur wenige Flächen und zumeist nur
Punktberührungen. Diese kleinen Wärmebrücken bewirken einen großen Wärmedurch-
gangswiderstand und es ergeben sich lange Wege des Wärmetransports durch Leitungs-
vorgänge im Vergleich zur Schichtdicke des Mediums, wie die Abb. 4.19 illustriert. Bei