Im Vakuum erfolgt die Wärmeübertragung hauptsächlich durch Strahlung. Bei dieser Art der Wärmeübertragung werden elektromagnetische Wellen ausgesendet, die sich ohne ein Medium durch den leeren Raum bewegen können. Im Gegensatz zu Leitung und Konvektion, die ein materielles Medium voraussetzen, kann Strahlung Wärme effektiv über große Entfernungen im Raum übertragen.
Erläuterung der Wärmeübertragung durch Strahlung:
Strahlungswärmeübertragung findet statt, wenn Wärmeenergie von einem Körper in Form von elektromagnetischen Wellen, hauptsächlich in Form von Infrarotstrahlung, abgegeben wird. Diese Wellen übertragen die Energie von der Quelle zu einem beliebigen Empfänger. Die Wärmeübertragung durch Strahlung hängt nicht vom Vorhandensein eines Mediums ab; sie kann auch im Vakuum stattfinden und ist damit die wichtigste Methode der Wärmeübertragung im Weltraum. So erreicht beispielsweise die Wärme der Sonne die Erde durch den Weltraum, der ein Vakuum ist, über Strahlung.Mathematische Darstellung der Strahlungswärmeübertragung:
- Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung durch Strahlung ist proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur des emittierenden Körpers. Diese Beziehung wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben, das mathematisch als ( e = C (T/100)^4 ) dargestellt werden kann, wobei ( e ) die Wärmeübertragungskapazität, ( C ) die Strahlungskonstante und ( T ) die absolute Temperatur in Kelvin ist. Diese Gleichung verdeutlicht, dass die Wärmeübertragungsrate durch Strahlung schnell mit der Temperatur zunimmt.Vergleich mit anderen Arten der Wärmeübertragung:
- Konduktion beinhaltet die Übertragung von Wärme durch ein festes Medium von einem Molekül zu einem anderen, ohne dass eine Bewegung des makroskopischen Materials beobachtet werden kann. Diese Art der Wärmeübertragung ist in Festkörpern üblich, kommt aber im Vakuum nicht vor.
Konvektion beinhaltet die Übertragung von Wärme durch die Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen. Diese Art der Wärmeübertragung ist in der Atmosphäre und in den Ozeanen üblich, kann aber im Vakuum, wo es keine Flüssigkeit gibt, die sich bewegt, nicht angewendet werden.
Praktische Beispiele:
In industriellen Anwendungen, wie z. B. in Vakuumöfen, wird die Wärme durch Strahlung übertragen. Diese Öfen sind dafür ausgelegt, Materialien in einer Vakuumumgebung zu erhitzen, um Oxidation und andere atmosphärische Reaktionen zu vermeiden. Die Wärmeübertragung in diesen Öfen erfolgt ausschließlich durch Strahlung, die effizient und kontrollierbar ist.
