Wärmestromdichte
Die Wärmestromdichte $ {q} $[1], auch $ {\dot {q}} $[2] genannt, ist eine physikalische Größe zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen. Sie ist eine Leistungsdichte.
(Flächenbezogene) Wärmestromdichte
Die Wärmestromdichte ist definiert als die zeitliche Änderung der thermischen Energie $ Q $ über die Grenzen eines homogenen Systems hinweg, bezogen auf einen bestimmten Querschnitt. Man kann daher auch analog vom Wärmestrom $ {\dot {Q}} $ pro Fläche $ A $ sprechen:
- $ {q}={\frac {Q}{A\Delta t}}={\frac {\dot {Q}}{A}} $
Sie beschreibt also die übertragene Wärmemenge je Übertragungsfläche und Zeiteinheit, bzw. die thermische Leistung je Flächeneinheit.
Die SI-Einheit der Wärmestromdichte ist das W/m2 (Watt pro Quadratmeter).
Häufig wird die Wärmestromdichte auch als Vektor benutzt. Die Richtung des Vektors gibt die Richtung des Wärmestromes an. Damit lassen sich auch Fälle erfassen, in denen der Wärmestrom nicht notwendig senkrecht durch eine Fläche geht.
Volumetrische Wärmestromdichte
Zur Berechnung mancher Probleme wird die volumetrische Wärmestromdichte $ {q}_{V} $ verwandt. Sie beschreibt den Wärmestrom $ {\dot {Q}} $ pro Volumen $ V $:
- $ {q}_{V}={\frac {Q}{V\Delta t}}={\frac {\dot {Q}}{V}}={\frac {{q}\cdot A}{V}}={\frac {q}{l}} $
Der Zusammenhang zwischen volumetrischer und flächenbezogener Wärmestromdichte erfolgt also über den Wärmeleitweg $ {q}=l\cdot {q}_{V} $.
Die SI-Einheit der volumetrischen Wärmestromdichte ist W/m3 (Watt pro Kubikmeter).