Physikalische Grundlagen der Wärmeübertragung
Um Menschen vor den Einflüssen starker Hitze zu schützen ist es zunächst notwendig zu verstehen, über welche unterschiedlichen physikalischen Mechanismen Menschen Wärme aufnehmen oder abgeben. Die Kenntnis der physikalischen Grundlagen erlaubt es dem Hitzeschutz-Beauftragten in unterschiedlichen Situationen eine mögliche Gefährdung durch Hitze zu erkennen, zu messen, zu bewerten und schließlich geeignete Schutzmaßnahmen auswählen und vorschlagen zu können. Für Hitzeschutz-Beauftragte sind die nachfolgenden Mechanismen der Wärmeübertragung relevant:
Wärmeleitung (Konduktion)
Die Wärmeleitung, die auch als Wärmediffusion oder Konduktion bezeichnet wird, beschreibt einen Mechanismus bei dem Wäre (thermische Energie) vom Punkt hoher zum Punkt niedriger Temperatur transportiert wird, bis der Temperaturunterschied ausgeglichen ist. Die Wärme kann dabei innerhalb eines festen Körpers geleitet werden (Wärmedurchgang), oder von einem festen Körper auf einen anderen festen Körper übertragen werden (Wärmeübergang). Entscheidende Kriterien sind dabei die Temperaturdifferenz und die Materialeigenschaften der unterschiedlichen Körper.
Im Seminar werden die wichtigsten physikalischen Grundlagen der Wärmeleitung an Hand von einfachen Beispielen aus dem Alltag vorgestellt.
Wärmemitführung (Konvektion)
Bei der Wärmemitführung, die auch als Konvektion bezeichnet wird von lateinisch convehere ‚zusammentragen‘, wird wie bei der Wärmeleitung Energie vom Punkt hoher zum Punkt niedrige Temperatur übertragen, bis der Temperaturunterschied ausgeglichen ist. Im Gegensatz zur Wärmeleitung erfolgt der Transport der Wärme jedoch über einen "Zwischenträger". Der Vorgang der Wärmemitführung ist demnach immer mit dem Transport von Teilchen verknüpft, die die Wärme transportieren oder mitführen. Das Ausmaß der Wärmemenge, die bei der Wärmemitführung transportiert wird, hängt neben der Temperatur maßgeblich ab von den Eigenschaften des Zwischenträgers. Zwischenträger sind meist flüssig (Wasser) oder gasförmig (Luft), sehr selten fest.
Im Seminar werden die grundlegenden physikalischen Informationen zur Wärmemitführung vorgestellt und an zahlreichen Praxisbeispielen aus dem Alltag verdeutlicht.
Wärmestrahlung (Radiation)
Bei der Wärmestrahlung wird die Wärme durch elektromagnetische Strahlung transportiert. Auch hier erfolgt der Wärmetransport von der hohen zur niedrigen Temperatur bis der Temperaturunterschied ausgeglichen ist. Da die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung die nach alltäglichen Maßstäben als "heiß" empfunden werden, im Infrarotbereich liegt, wird umgangssprachlich Wärmestrahlung als Infrarotstrahlung bezeichnet. Unter Alltagsbedingungen wird Wärmestrahlung von allen Körpern entsprechend ihrer Temperatur abgegeben. Genauso nimmt jeder Körper gleichzeitig Wärme durch Wärmestrahlung aus der Umgebung auf.
Im Seminar werden die wichtigsten Kenntnisse zur Wärmestrahlung vermittelt und an Hand von alltagstauglichen Beispielen die Bedeutung der Wärmestrahlung aufgezeigt.
Verdunstung (Evaporation)
Menschen gehören als Säugetiere zu den gleichwarmen Lebewesen und halten dementsprechend ihre Körperkerntemperatur ein Leben lang in engen Grenzen konstant. Immer dann, wenn die Umgebungstemperatur unterhalb der Hauttemperatur liegt, können Menschen Wärme über die rein physikalische Mechanismen der Wärmeleitung, Wärmemitführung und Wärmestrahlung abgeben. Steigt die Umgebungstemperatur über die Hauttemperatur, sind Menschen nur noch dazu in der Lage, Wärme über die Evaporation (= schwitzen) abzugeben. Das verdeutlicht die große Bedeutung der Evaporation für Menschen. Der Mechanismus des Schwitzens besteht aus einer "biologischen" und einer "physikalischen" Komponente und spielt bei der Thermoregulation der Menschen eine zentrale Rolle. Im Seminar werden die grundlegenden Mechanismen der Evaporation vorgestellt und die limitierenden Faktoren aufgezeigt, die die Evaporation beeinflussen.
