Hallo zusammen,
ich habe eine erhitzte Kunststoffplatte (ca. 200 °C) die ich zwischen zwei kalte (Umgebungstemperaur 20°) Stahlblöcke lege. Nun möchte ich berechnen wie sich die Kunststoffplatte über die Zeit abkühlt. Zum Beispiel, welche Temperatur hat die Platte nach 5 Sekunden. Wie bereche ich das?
Hallo,
ich habe eine erhitzte Kunststoffplatte (ca. 200 °C) die ich
zwischen zwei kalte (Umgebungstemperaur 20°) Stahlblöcke lege.
Nun möchte ich berechnen wie sich die Kunststoffplatte über
die Zeit abkühlt. Zum Beispiel, welche Temperatur hat die
für diese Hausaufgabe habt ihr sicher noch nähere Angaben bekommen.
Dies ist keine Hausaufgabe, die Fragenstellung interessiert mich privat
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Hallo
ich habe eine erhitzte Kunststoffplatte (ca. 200 °C) die ich
zwischen zwei kalte (Umgebungstemperaur 20°) Stahlblöcke lege.
Nun möchte ich berechnen wie sich die Kunststoffplatte über
die Zeit abkühlt. Zum Beispiel, welche Temperatur hat die
Platte nach 5 Sekunden. Wie bereche ich das?
Im Prinzip kannst du versuchen deinem Problem mit dem Newtonschen Abkühlungsgesetz beizukommen.
Das Problem dabei ist die Konstante k (s. den Link), die man normalerweise messen würde. Denn der in k enthaltene Wärmeübergangskoeffizient ist stark von der Lage deiner Anordnung zum kühlenden Medium abhängig, weil die Wärme letztendlich (auch) konvektiv abgeführt wird.
Vermutlich würde ein Modell und Umrechnungen über Ähnlichkeitsbetrachtungen hilfreich sein.
Eine simple Formel wird es wohl nicht geben.
mfg
Peter
Moin,
Wie bereche ich das?
es ginge vielleicht, wenn Du uns verrätst:
Wärmekapazität Stahl
Wärmekapazität Kunststoff
Dicke Kunststoff
Dicke Stahl
Wärmeleitfähigkeit Stahl
Wärmeleitfähigkeit Kunststoff
Güte des Kontaktes
Wird die Rückseite des Stahls gekühlt, wenn ja wie
…
Gandalf
Hallo Kooh!
ich habe eine erhitzte Kunststoffplatte (ca. 200 °C) die ich
zwischen zwei kalte (Umgebungstemperaur 20°) Stahlblöcke lege.
Da wäre erst mal die Frage, ob du es vermeiden kannst, dass eine isolierende Luftschicht zwischen Kunststoff und Metall bleibt. Bei 200 °C sollten die meisten Kunststoffe so weich sein, dass sie sich ans Metall anschmiegen.
Bleibt also die Leitung im Kunststoff, der Übergang und die Leitung im Metall. Da würde die Punkte 2 und 3 mal vernachlässigen, da Metalle gute Wärmeleiter sind.
Und bleiben natürlich noch die Wärmekapazitäten. DIe Wärme, die der Kunststoff abgibt, muss das Metall ja aufnehmen. Es hängt also vom Dickenverhältnis Kunststoff/Metall ab. Und bevor du da zentimeterdicke Stahlplatten anschleppst, hilft Kühlen mit Wasser. Aber da du ja selbst von Blöcken sprichst …
Nun möchte ich berechnen wie sich die Kunststoffplatte über
die Zeit abkühlt. Zum Beispiel, welche Temperatur hat die
Platte nach 5 Sekunden. Wie bereche ich das?
Falls meine obigen Annahmen so ungefähr zutreffen, hängt das hauptsächlich von der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmekapazität des Kunststoffs ab. Wenn du die nicht genau kennst, oder nicht fit in Mathe bist, gilt die Regel für Braten im Backofen:
Pro Zentimeter Dicke soundsoviel Backzeit.
Gruß, Zoelomat
Salvele Kooh,
da kann ich Dir nur einen Link anbieten zu den verschiedenen Kunststoffen :
http://www.kern-gmbh.de/index.html?/kunststoff/servi…
Zuerst müsste die Kunststoffart bekannt sein.
Der Rest ist Informationen besorgen über die weitere Testumgebug, sonst kannst Du
das Ergebnis auch mit dem Würfel ermitteln ! (Nicht als Kritik, oder böse gemeint.)
Weiter Viel Erfolg und Gruß.
Patrik Steinbrenner.
Hallo,
weil die Wärme
letztendlich (auch) konvektiv abgeführt wird.
Echt? Bei einem Festkörper eingeklemmt zwischen zwei Festkörpern? Wo gibt es denn da Konvektion?
Gruß
Testare_
Hallo,
zuerst brauchst du den Wärmeübergangskoeffizient, die Wärmeleitfähigkeit deines Materials und den Wärmeinhalt des Stoffes.
Dann kannst mit dem Berechnen anfangen.
Hallo Testare_
Echt? Bei einem Festkörper eingeklemmt zwischen zwei
Festkörpern? Wo gibt es denn da Konvektion?
nicht in den Festkörpern. Aber bei idealisierten Bedingungen an der Oberseite der oberen Stahlplatte und genauso unten. Und in echt halt an den Seite auch.
Gruß
achim
Hallo,
Echt? Bei einem Festkörper eingeklemmt zwischen zwei
Festkörpern? Wo gibt es denn da Konvektion?nicht in den Festkörpern.
danke.
Aber bei idealisierten Bedingungen…
was ausdenken, damit irgendeine meiner Behauptungen passt kann ich mir auch.
Gruß
Testare_
Echt? Bei einem Festkörper eingeklemmt zwischen zwei
Festkörpern? Wo gibt es denn da Konvektion?nicht in den Festkörpern. Aber bei idealisierten Bedingungen
an der Oberseite der oberen Stahlplatte und genauso unten. Und
in echt halt an den Seite auch.
Hallo Achim,
ich antworte dir deswegen, weil du deinerseits wiederum auf einen Einwand geantwortet hast, in dem eine konvektive Wärmeabfuhr bezweifelt wird.
Konvektion wird es auch (meine Betonung lag auf „auch“ neben Strahlung etc.) da geben, wo die Wärme aus den Stahlplatten in die Umgebung (20°C) trifft, vorausgesetzt dass da kein Vakuum ist und sich ein durchgehender Wärmestrom eingestellt hat ((Zitat Kooh) „zum Beispiel 5 Sekunden“ (Zitat Ende) werden da wohl zu kurz sein). Die Konvektion wird es dann real, nicht nur ideal geben. Außerdem ging aus der Ausgangsfrage so manches nicht hervor, wie etwa die Plattenkonstruktion angeordnet ist, liegend, stehend, irgendwie. In jedem Fall wird dieser auch durch Konvektion betriebene Wärmeaustritt an der Grenzfläche Stahl- Luft mit der Zeit den Gesamtwärmedurchgang und damit auch die Temperaturverteilung in den Einzelkomponenten bestimmen. Es sei denn, der Apparat ist gegen die Umgebung perfekt isoliert.
Aber vielleicht gibt der Fragesteller ja noch ein paar ergänzende Informationen preis.
mfg
Peter
Okay, dann versuche ich das Problem mal zu konkretisieren:
spez. Wärmekapazität Stahl: 0,48 J/gK
spez. Wärmekapazität Kunststoff: 1,7 J/gK
Dicke Stahl: 100 mm
Dicke Stahl: 2 mm
Wärmeleitfähigkeit Stahl: 42 W/mK
Wärmeleitfähigkeit Kunststoff: 0,23 W/mK
Güte des Kontaktes: idealisiert, kompletter Flächenkontakt
Die Rückseite des Stahls ist der Umgebungstemperaur von 20° ausgesetzt.
Wieso ist es wichtig ob die Konstruktion liegend oder stehend ist?
Das Problem ist nur, wie bekomme ich den Wärmeübergangskoeffizient heraus?
Die anderen thermischen Eigenschaften sind folgende:
spez. Wärmekapazität Stahl: 0,48 J/gK
spez. Wärmekapazität Kunststoff: 1,7 J/gK
Wärmeleitfähigkeit Stahl: 42 W/mK
Wärmeleitfähigkeit Kunststoff: 0,23 W/mK
Wieso ist es wichtig ob die Konstruktion liegend oder stehend
ist?
weil der Wärmeübergang Stahl in Luft dann ein anderer ist
Dies ist keine Hausaufgabe, die Fragenstellung interessiert
mich privat
Dann sieh dir privat in einer (Uni-)Bibliothek den VDI-Wärmeatlas (VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf) an.
Darin das Kapitel: „Stationärer Wärmefluß in Körpern“.
Es werden Beispiele durchgerechnet, die du leicht auf deine Fragestellung zuschneiden kannst.
Sicher wirst du uns deinen Rechengang danach in diesem Forum auf Gegenseitigkeit erklären.