Wärmekapazität
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engl: heat capacity Kategorie: 
Level 2 Temperaturfeld Material
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Inhaltsverzeichnis |
Grundlagen
Die Wärmekapazität ist zusammen mit der Dichte der Materialwert, der für die Wärmespeicherung im Material maßgebend ist. Dies ist ein Effekt, der im Volumen des Bauteils auftritt. Durch eine Erwärmung oder Abkühlung des Bauteils oder eines Kontrollvolumens ergibt sich eine Zu- oder Abnahme der darin enthaltenen thermischen Energie.
Das Wärmespeichervermögen ist materialabhängig und wird im allgemeinen über die spezifische Wärmekapazität cp definiert. Der Wert stellt die Wärmemenge dar, die benötigt wird, um eine Masseneinheit des Materials um eine Temperatureinheit zu erwärmen. Für Stahl z.B. liegt der Zahlenwert der spezifischen Wärmekapazität etwa bei 500 [J/(kgK)], für Wasser bei etwa 4000 [J/(kgK)]. Mit diesem Wert und der Dichte ρ (Masse/Volumen) ist die Wärmekapazität von festen Stoffen und im allgemeinen von flüssigen Stoffen ausreichend beschrieben.
Gasförmige und kompressible Stoffe, für die weitere Angaben über die Zustandsänderung erforderlich wären, werden hier nicht betrachtet.
Durch eine Temperaturänderung über der Zeit ergibt sich eine Änderung der in Abhängigkeit von der Wärmekapazität gespeicherten Wärme. Dieser Effekt ist somit nur maßgebend für zeitabhängige, instationäre Temperaturfeld-Simulationen.
Simulation
Die Wärmekapazität c gehört zu den Materialdaten für eine Temperaturfeld-Simulation und betrifft dabei die transiente Simulation von Temperaturfeldern. Bei der Simulation wird im allgemeinen die spezifische Wärmekapazität cp verwendet, also die auf die Masse bezogene Wärmekapazität.
Zahlenwerte
Zahlenwerte finden Sie bei Materialdaten>Zahlenwerte.
Phasenwechsel
Bei Phasenwechsel ist die latente Wärme zu berücksichtigen. Dies kann dadurch berücksichtigt werden, dass die Wärmekapazität als Funktion der Temperatur vorgegeben wird. Durch einen rechteckigen "Impuls" dieses Funktionsverlaufes kann die latente Wärme abgebildet werden. Für die Simulation von transienten Temperaturfeldern ist aber die Verwendung der Enthalpie vorteilhafter. Weitere Details finden Sie auch bei Phasenwechsel.
Sonstige Begriffe
Die Enthalpie kann alternativ zu Wärmekapazität und Dichte zugrunde gelegt werden.
