Materialstrukturen – FS 2017 F. Wittel ( / HIF E28.1)

Werkstoffe II – Materialstrukturen – FS 2017
F. Wittel ([email protected] / HIF E28.1)
Thermische Eigenschaften: (Verwenden Sie zur Beantwortung der Fragen die Ashby-Entwurfs-Diagramme)
wahr falsch
Temperatur ist proportional zur mittleren kinetischen Energie eines Teilchens.
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Wärme ist die von einem Material abgegebene thermische Energie.
Die spezifische Wärmekapazität hat die Einheit J/(kgK) und bezeichnet die Wärme, die
zugeführt oder entzogen wird, pro Temperaturerhöhung und Masse des Stoffes.
Die spezifische Wärmekapazität bemisst die Fähigkeit eines Stoffes, thermische Energie zu
speichern.
Die Wärmeausdehnung von Kunststoffen ist mehr als 10-mal höher als die von Beton.
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Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumlegierung ähneln denen von Silikatglas.
Die volumetrische Wärmeausdehnungskoeffizient entspricht dem dreifachen linearen.
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Bei einer Temperaturausdehnung ändert sich auch zwangsläufig die Masse.
Erklären Sie knapp anhand der Wechselwirkung zweier Atome,
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wie sich die potentielle Energie qualitativ als Funktion des Abstands der Atome verhält (Skizze).

warum Festkörper sich bei steigender Temperatur ausdehnen.
Aufgrund der Asymmetrie des Potentials

was es bedeutet, wenn Materialien versagen.
Atome entfernen sich aus dem Bereich gegenseitiger Anziehung

wie der Zusammenhang zwischen Steifigkeit und Atomwechselwirkung ist.
Krümmung an der Gleichgewichtslage.
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Werkstoffe II – Materialstrukturen – FS 2017
F. Wittel ([email protected] / HIF E28.1)
Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen ist im Durchschnitt zwei Grössenordnungen geringer
als die von Metallen.
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Die Temperaturprofile in einem soliden Körper im Gleichgewicht mit unterschiedlichen
Oberflächentemperaturen können mit Hyperbeln bzw. Parabeln gut approximiert werden.
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Metalle sind generell kälter als Kunststoffe, was man durch anfassen leicht überprüfen kann.
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Die Wärmeeindringzahl gibt an, wie gross die Wärmemenge ist, die in einen Körper in einer
bestimmten Zeit nach einer plötzlichen Änderung der Oberflächentemperatur eingedrungen
ist.
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Je höher der Wärmedurchgangskoeffizient U, desto besser die Isolationswirkung, mit anderen
Worten durch anbringen zusätzlicher Dämmung auf Wände erhöht sich der U-Wert.
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Wärmeübergang an Oberflächen erhöht den U-Wert.
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Der Wärmedurchgangskoeffizient U hat die Einheit J/(Ksm ).
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Verdoppelt sich die Oberflächentemperatur eines Bauteils, bedeutet das eine 16fache
abgegebene thermische Strahlungsleistung.
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2
Es wird eindimensionale Wärmeleitung durch eine Wand, bestehend aus zwei unterschiedlichen Materialien
betrachtet. Ordnen Sie die Beziehung zur Berechnung der gesamt U-Werte für Fall 1 (in Serie) und Fall 2
(parallel) zu. Skizzieren Sie den Temperaturverlauf für Fall 1 mit Wärmeübergang.
Fall = 2
U ges 
Fall = 1
U ges 
2 1 1  2
  
3 L 3 L
1
1
L
L 2

1  2

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