1

Überblick

N. Kömle: Lehrerfortbildung, IWF, 18-11-2010

Wärmetransport in planetaren Körpern

Grundlegende Gleichungen und Theorie

Messung des inneren Warmeflusses

Messung der Wärmeleitfähigkeit im Labor

Messungen am Mond und am Mars

2

Wärmetransport

Wege des Wärmetransports

Wärmeleitung Konvektion Strahlung

GemeinsameEigenschaften

Alle 3 Arten des Wärmetransports erfordern einen Temperaturgradienten!

Unterschiede

Wärmetransport durch Stöße ode Schwingungen der Moleküle

Keine makroskopischen Massenbewegungen

Wärmetransport durch freien oder erzwungenen Massenfluss

Makroskopische Massenbewegungen

Wärmetransport durch elektro-magnetische IR Strahlung

Kein Massentransport

3

Grundlegende Gleichungen

a at c

Q = λ ∇TWärmefluss [W/m2]:

Fourier‘sche Wärmeleitungsgleichung:

Thermal-Parameter:

Thermische Leitfähigkeit λThermische Diffusivität aDichte ρ

4

Theorie: Linienquelle

´ ´ ´

43

28

x x y y z z

atQe

at

2 -

4 4

u

x

q r eEi Ei x du

a at u

Punktquelle:

Linienquelle:

2

4ln

4 4

q at q

a r a

Näherungslösung für lange Messzeiten

5

Thermalsensoren

Beheizte Nadeln zur Messung derThermischen Leitfähigkeit

TP02, TP08:

Standardsensoren

LNP01,LNP02,LNP03:

Sonderanfertigungen

6

Auswertung von WL-Messungen

7

WL-Messungen in der Vakuumkammer

Glaskugeln mit TP02 Sensor

Karbonatgesteinmit LNP01 Sensor

8

Messungen im Labor

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01 1,00E+00 1,00E+01 1,00E+02 1,00E+03

p [mbar]th

erm

al c

on

du

ctiv

ity

[W/(

mK

)]

glass 3.8 - 4.3 mm

glass 2.0 - 2.3 mm

glass 1.0 - 1.25 mm

glass 0.25 - 0.5 mm

glass 0.1 - 0.2 mm

1/3 3,8mm-4,3mm; 1/3 2,0mm-2,3mm; 1/3 1,0mm-1,25mm

50% 3,8mm - 4,3mm; 50%0,25mm - 0,5mm

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02 1,00E-01 1,00E+00 1,00E+01 1,00E+02 1,00E+03

p [mbar]

ther

mal

co

nd

uct

ivit

y [W

/(m

K)]

glass 3.8 - 4.3 mm

glass 2.0 - 2.3 mm

glass 1.0 - 1.25 mm

glass 0.25 - 0.5 mm

glass 0.1 - 0.2 mm

marble

Thermische Leitfähigkeiten von Glaskugeln und Gesteinen als Funktion des Gasdrucks in der Umgebung

9

Wärmefluss-Messungen im Ozean

Bullard 1954

10

Mond: Apollo-Missionen

Messungen von Wärmefluss und Wärmeleitfähigkeit des Regolith‘s am Mond

1972

Apollo 15

Apollo 17

11

Thermalmessungen am Mars