Ich hoffe, ich bin hier im off-topic-Bereich? Im Foren-Menü sonst nichts gefunden ...
Also, ich werde nicht schlau, warum moderne Isoliergläser mit Argon gefüllt werden. Angeblich wegen der geringeren Wärmeleitfähigkeit. Nach Wikipedia liegen die Wärmeleitfähigkeiten von Gasen aber eher eng beisammen http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit
ca. 20% Unterschied zu Stickstoff - und der wäre erheblich billiger. 20% ist zwar schon ganz schön, aber der gesamte Wärmetransport durch ein Fenster ist ja nur zum Teil die Leitung, zum größten Teil vermutlich die Strahlung.
Dann wird in diversen Foren gepostet, weil Argon auch den Schall schlechter leitet. Noch besser wäre Krypton, aber das wäre noch teuerer. Allerdings finde ich keine mir verständliche Erklärung, warum das so sein sollte. Wäre nämlich überhaupt kein Gas zwischen den Scheiben, gäbe es weder Wärme- noch Schallleitung (typische Thermosflasche nach dem Dewar-Prinzip). Warum also sollte beispielsweise Argon die Wärme besser weiterleiten als das schwerere Krypton? Am Einatomig-Sein kann es auch nicht liegen, da früher auch SF6 (Schwefelhexafluorid) zur Schalldämmung zwischen den Fensterscheiben verwendet wurde, was aber wegen der Umweltbelastung anscheinend nicht mehr stattfindet. http://de.wikipedia.org/wiki/Mehrscheiben-Isolierglas
Was bei dem gerade zitierten Artikel noch auffällt: Da gibt es im Fenster ein Trocknungsmittel, um eingedrungene Feuchtigkeit zu binden: Wie kann da Feuchtigkeit hineinkommen? Wenn da Feuchtigkeit hinein kann, kann das Argon auch hinaus ... warum sollte es schön brav drinnen bleiben? Wenn das Zeug aber wirklich dicht ist, könnte man doch von Anfang an trockenes Argon einfüllen, sodass man sich das Trocknungsmittel spart, das ja auch noch ausgetauscht werden müsste, wenn es im Laufe der Zeit voll Feuchtigkeit ist. Alles irgendwie rätselhaft.
ich denke als laie mal, dass es bei der wärmeleitung eher um den Energieverlust von innen nach aussen im Winter geht. Und Argon ist da denke ich der kompromiss zwischen preis und leistung
Es geht auch um die Leitung von außen nach innen im Sommer. Nennt sich ja auch "Isolierglas", und so ein Isolator wirkt immer in beiden Richtungen, sonst könnte man damit ja eine super Wärmepumpe bauen: Im Winter lässt es Wärme nur von draußen in den Raum, aber nichts hinaus - im Sommer umgekehrt (nachdem man durch eine geeignete Vorrichtung das Fenster einfach gedreht hat). Da hätte man dann eine Wärmepumpe ohne zusätzlichen Energieaufwand für die Pumpleistung.
Aber was mich interessiert ist keine ökonomische, sondern eine physikalische Begründung für das Argon. Dass es faktisch so ist, kann man auf hunderten Seiten nachlesen, also nehme ich einmal an, dass es sinnvoll ist, aber ich würde es auch gerne verstehen.
Argon, Krypton etc. gehören in die Kategorie der Edelgase.
Das Zeug reagiert nicht auf jeden Unfug und Dein Fenster schimmelt erst
dann innen, wenn die Dichtung defekt und damit das Argon draußen ist.
Argon, Krypton etc. gehören in die Kategorie der Edelgase.
Das Zeug reagiert nicht auf jeden Unfug ...
Stickstoff würde auch nicht reagieren und wäre viel billiger. Ganz normale Luft, die man eventuell vorher noch trocknet, wäre noch billiger. Wegen der Reaktionsträgheit heißen Edelgasen ja so. Aber wieviel "Unfug" gibt es schon zwischen Fensterscheiben, mit denen ein Füllgas, selbst wenn es reiner Sauerstoff wäre, reagieren könnte? Die Dichtungen eventuell. Insofern wäre eine chemische Begründung, dass - zumindest von innen - die Dichtungen chemisch nicht angegriffen werden (von außen sind sie ja ohnehin mit der normalen Luft in Kontakt, und dass müssen sie ja auch aushalten.
Das ist aber alles keine physikalische Erklärung, warum Argon besonders gut Wärme und Schall isoliert und Krypton noch besser isolieren würde.
Argon hat ungefähr 60% der Wärmeleitfähikei von Luft.
Die gringe Dichte (Schalldämmung) und der Aspekt Edelgas sowie
der Preis machen Argon ebenfalls
zur guten Wahl.
da auch du auf den Preis zu sprechen kommst: Meine Frage zielte auf eine _P H Y S I K A L I S C H E_ Erklärung, nicht auf eine ökonomische! Krypton ist teurer - ja und? Muss dass teurere Edelgas das bessere sein, wenn es um Wärmedämmung geht?
Du erwähnst die 60% Wäremeleitfähigkeit gegenüber Luft - meine Frage ist: Wieso hat Argon eine gegenüber Luft verminderte Wärmeleitfähigkeit? Welches physikalische Gesetz steht dahinter? Was ist der entscheidende Unterschied zwischen Argon und Krypton, der dazu führt, dass Krypton noch besser isolieren würde?
Du erwähnst die geringe Dichte, du müsstest jetzt allerdings ein plausibles (physikalisches) Argument liefern, warum für Isolationszwecke eine möglichst geringe Dichte anzustreben ist.
Außerdem ist das Gegenteil der Fall: Argon hat eine _höhere_ Dichte als Luft. Hier sind ein paar Gasdichten:
Demnach, wenn es darum geht, dass die Dichte des Füllgases möglichst gering sein sollte, wäre von den 3 angeführten Edelgasen Neon sowohl am besten - und, wegen der Häufigkeit in der Atmosphäre auch noch am billigsten.
Du müsstest auch noch (mit physikalischen Argumenten)erklären, warum in den meisten Beiträgen sogar behauptet wird, dass das wesentlich dichtere(!) Krypton noch besser für Isolationszwecke sei.
Ich habe nicht behauptet das Argon eine geringere Dichte als Luft hat.
Es ist richtig, das die Dichte eines Stoffes oder chem. Elements, nicht
mit seiner Wärmeleitfähigkeit im Zusammenhang steht.
Was wolltest du dann mit der Erwähnung der geringen Dichte zum Ausdruck bringen?
Die gringe Dichte (Schalldämmung) und der Aspekt Edelgas sowie
der Preis machen Argon ebenfalls zur guten Wahl.
So, wie es derzeit aussieht, scheint die Dichte eines Gases jedoch sehr wohl mit seinen Schall- und Wärmeleiteigenschaften zusammenzuhängen: Siehe Posting von c41024h Am: 05.07.2009, 00:51. Aufgrund des Idealen Gasgesetzes PV=nRT sind nämlich bei gegebenem Druck und Temperatur stets gleich viele Teilchen (n = Molzahl, direkt proportional der Teilchenzahl) in einem Volumselement vorhanden.
Die Dichte des Gases ergibt sich aus dem Gewicht der Teilchen / Volumselement. Da die Teilchenanzahl ident ist, geht in die Dichteberechnung nur noch das Teilchengewicht ein, also bei Argon 40 und bei Krypton 83. Krypton hat daher die doppelte Dichte - und laut Tabelle auch nur die halbe Wärmeleitfähigkeit, mit anderen Worten, die Wärmeleitfähigkeit ist umso größer, je leichter die Teilchen, d. h., je geringer die Gasdichte ist.
Habe mal im ersten Artikel geschmökert. Da steht
„Dickes“ Gas erschwert die Wärmeleitung. Daher ersetzt man gerne das billigste Gas, also Luft, durch ein bekanntes Edelgas, Argon, das beispiels-weise auch beim Schutzgasschweißen verwendet wird..
1. Auch da fehlt die Erklärung, warum ein besonders "dickes" (dichtes?) Gas besonders gut isolieren sollte, da - siehe Beispiel Thermoskanne - ein Vakuum - also extrem "dünn" - noch besser zu sein scheint und andererseits Feststoffe noch viel dichter sind und diese (z. B. Metalle) die Wärme noch viel besser leiten.
„Dickes“ Gas erschwert die Wärmeleitung. Daher ersetzt man gerne das billigste Gas, also Luft, durch ein bekanntes Edelgas, Argon, das beispiels-weise auch beim Schutzgasschweißen verwendet wird.
Warum dickes Gas, na weil das nicht so schnell durch Scheiben und Klebstoffe hindurch diffundiert.
Und wo zB. Argon ist, kann kein Sauerstoff hinein.
Der Isolierkannen-Körper besteht in der Regel aus einem geblasenen Glaskörper der verschmolzen wurde, also keine Klebestellen besitzt, im Gegensatz zur Scheibe.
Luft geht gar nicht, weil Sauerstoffhaltig und daher aggressiv.
"andererseits Feststoffe noch viel dichter sind"
Von welchen Feststoffen reden wir hier?
Nur zur Information: Glas ist physikalisch betrachtet "flüssig", allerdings mit einer sehr hohen konsistenz.
Der Isolierkannen-Körper besteht in der Regel aus einem geblasenen Glaskörper der verschmolzen wurde, also keine Klebestellen besitzt, im Gegensatz zur Scheibe.
Luft geht gar nicht, weil Sauerstoffhaltig und daher aggressiv..
1. Frage: Würde deiner Meinung nach eine Isolierkanne, die nicht mit Vakuum, sondern mit Argon gefüllt ist, besser isolieren?
2. Was hast du gegen Sauerstoff? Was soll der schon anstellen bei Glas? Wie schon oben geschrieben: Der könnte die Dichtungen zwischen den Glasscheiben und den Abstandhaltern, der die beiden Glasscheiben auseinander hält, angreifen. Aber von außen kommt ja ohnehin Sauerstoff an die Dichtungen heran, also die müssen den Luftsauerstoff ohnehin aushalten.
Die Glasfenster alter Kathedralen sind ein paar Jahrhunderte alt, sie sind wegen der von dir erwähnten Eigenschaft von Glas, nämlich eine unterkühlte Flüssigkeit zu sein, unten dicker als oben. Dennoch halten sie noch immer, obwohl sie von allen Seiten von Luft-Sauerstoff umspült sind (außen auch noch von saurem Regen). Glas gehört zu den widerstandsfähigsten Materialien, weshalb vielfach selbst ätzende und aggressive Stoffe in Glasgefäßen aufbewahrt werden. Bitte nenne eine konkrete Gefahr, die vom Luftsauerstoff ausgeht, was sollte er in dem Raum zwischen den beiden Glasscheiben oxydieren?
Was der Sauerstoff allenfalls angreifen könnte wäre die wärmeisolierende Beschichtung an der Innenseite der Außenscheibe bei modernen Isolationsgläsern. Habe aber nichts davon gehört, dass die sauerstoffempfindlich sein sollte. Bei vielen Autos hat man schon so eine Thermoverglasung - erkennbar an den von außen getönt erscheinenden Scheiben - weil da innen so eine wärmestrahlen reflektierende / "undurchlässige" Beschichtung drauf ist.
1. Nein, Vakuum ist der beste Isolator.
Beides kann aber NICHT mit einander verglichen werden, da die Scheibe aus min. 2 Komponenten besteht die nicht 100% dicht werden.
Denn Sauerstoff ist auf Grund seiner aggressivität bemüht jeden Leerraum zu besetzen, (das hat etwas mit dem Atomgitter zu tun) also füllt man den Leerraum mit einem großmolekularen Gas welches NICHT durch die Kleberschicht nach außen diffundieren kann, das aber gleichzeitig den Sauerstoff von außen daran hindert zwischen die Scheiben zu diffundieren. (Wie gesagt ist der Raum ja schon besetzt mit einem Stoff (Gas) welches sich NICHT mit Sauerstoff verbindet, das nämlich ist der Knackpunkt.)
Hier ist die aggressivität nicht als Form einer Oxydation zu verstehen.
Würde Sauerstoff zwischen die Scheiben dringen, würde er sich bevorzugt mit Wasserstoff verbinden, das Resultat kennen wir, blinde Scheiben. Der Vorgang wird noch durch sehr starke Temperaturschwankungen der Scheibe unterstützt. (Die Scheibe atmet;-))
Also Isolierglasscheibe mit Edelgas Füllung und "Gute Aussicht"
Wenn dich 5,5 Wasserstoffmoleküle auf 10.000.000 sonstige Gasmoleküle irritieren, weil du befürchtest, dadurch könnte es zu einer nenneswerten Feuchtigkeitsbildung kommen, könntest du ja gleich ganz billiges Helium zwischen die Scheiben füllen, denn wenn du ein Vakuum für den besten Isolator hältst (keine Wärmeleitung, keine Konvektionsströmung), dann sollte man ja annehmen, dass die Isolierwirkung umso besser ist, je weniger Gas zwischen den Scheiben ist, man könnte auch sagen, je geringer die Dichte des Gases bei sonst gleichem Druck ist.
Wer hat denn hier von freiem Wasserstoff gesprochen???
Und wenn Dir Wikipedia so viel bedeutet, dann lese Dich doch dort schlau.
Für mich ist die Philosophiestunde beendet, es gibt wichtigeres;-).
Wer hat denn hier von freiem Wasserstoff gesprochen???
Das ist richtig, du hast nicht von freiem Wasserstoff gesprochen. Aber mit was für einem Wasserstoff außer dem freien sollte sich der Sauerstoff sonst noch verbinden? Wo gibt es - aus Sicht des Raumes zwischen den Glasplatten - irgend einen Wasserstoff, den der Sauerstoff verbrauchen könnte? Wasserstoff kommt höchstens noch in gebundener Form im Dichtungsmaterial bzw. im Kleber vor, der die beiden Scheiben mit dem Rahmen, der die Scheiben auf Distanz hält, verbindet. Wenn der Sauerstoff also so aggressiv ist, dass er dem Dichtungsmaterial den chemisch gebundenen Wasserstoff entreißen könnte, könnte man ja den völlig harmlosen und billigen Stickstoff als Füllgas nehmen.
Viel Vergnügen beim Wichtigeren und vielen Dank für deine Bemühungen.
Die Glasfenster alter Kathedralen sind ein paar Jahrhunderte alt, sie sind wegen der von dir erwähnten Eigenschaft von Glas, nämlich eine unterkühlte Flüssigkeit zu sein, unten dicker als oben. Dennoch halten sie noch immer, obwohl sie von allen Seiten von Luft-Sauerstoff umspült sind (außen auch noch von saurem Regen). Glas gehört zu den widerstandsfähigsten Materialien, weshalb vielfach selbst ätzende und aggressive Stoffe in Glasgefäßen aufbewahrt werden. Bitte nenne eine konkrete Gefahr, die vom Luftsauerstoff ausgeht, was sollte er in dem Raum zwischen den beiden Glasscheiben oxydieren?
Die Scheiben in alten Kathedralen wurden bei der Errichtung in Bleirahmen eingefasst welcher wiederstandsfähiger ist wie Kunststoff (den es vor Hunderten von Jahren logischerweise noch nicht gab).
Die höhere Dichte von Gas verhindert das entweichen aus der Doppelverglasung, das beste Beispiel dafür sind Autoreifen. Bei Autoreifen hast du immer einen Druckverlust(auch in den Scheiben müsste AFAIK ein leichter Überdruck bestehen), es gibt allerdings auch die möglichkeit Autoreifen mit einem Edelgas befüllen zu lassen (grüne Ventilkappen deuten darauf hin) um den Druckverlust aufgrund der Gasdichte zu verhindern. Bei Fenstern führt das Gas zu einer längeren Haltbarkeit da wie schon erwähnt wurde die Dichtungen nicht mehr so stark angegriffen werden. Die äusseren Dichtungen sind aus einem anderen unempfindlicheren Kunststoff der widerstandsfähiger gegen UV-Strahlung und andere Umwelteinflüsse ist, wogegen der Kleber der beide Scheiben zusammenhält bei Luftkontakt dazu neigen dürfte zu errodieren.
gruß Olli
Die höhere Dichte von Gas verhindert das entweichen aus der Doppelverglasung
Also du glaubst, Argon wird nur genommen, weil es sozusagen "dickflüssiger" ist und nicht so leicht durch kleinste Poren entweicht? Das wäre ein Argument, die Atomradien steigen natürlich mit der Massezahl und insofern wäre dann Krypton noch besser und Xenon nochmals besser.
Aber ich glaube nicht, dass das der eigentliche Grund ist. Es werden nämlich folgende Wärmeleitzahlen angelistet:
Argon: 0,01772 W/(m · K) (Watt pro Meter und Grad Kelvin)
Krypton: 0,00949 W/(m · K)
Da Krypton lt. Wikipedia die geringere Wärmeleitfähigkeit hat wie Argon ist es demnach jenes Gas, das unter sonst gleichen Bedingungen besser isoliert (fast um den Faktor 2!).
Bleibt weiterhin die Frage: warum? Die billige Antwort ist: "Weil es schwerer ist" oder "weil es dichter ist" - aber das ist zunächst keine wirkliche Begründung, eine Flüssigkeit wäre noch schwerer und dichter und würde die Wärme aber noch viel besser leiten:
Alkohol (Ethanol) 0,2 W/(m · K)
Wasser 0,58 W/(m · K)
Ich schlage nicht vor, den Zwischenscheibenraum mit solchen Flüssigkeiten zu füllen, es geht hier nur um das Argument, dass es anscheinend nicht nur auf die Dichte eines Stoffes ankommt, wie gut er die Wärme weiterleitet.
hm.. Gerhard,
kleiner Vorschlag da du ja dennoch alles immer wieder hinterfragst.
Stell deine Frage doch einfach mal an einen Glaser oder ein Fensterbauunternehmen wie Velux. Die werden dir mit sicherheit konktetere Antworten geben können. Danach kannst du uns ja gerne an deinem neuerlangtem Wissen teilhaben lassen.
gruß Olli
Stell deine Frage doch einfach mal an einen Glaser oder ein ...
Genau den hab ich zunächst. Bei uns werden nämlich die Fenster gegen "moderne" getauscht, und der Monteur erklärte mir, dass Argon die Wärmestrahlen besonders gut "reflektieren" würde. (Daher auch u. a. weiter oben meine Frage, ob eine Thermoskanne, bei der der Dewar mit Argon gefüllt ist, besser isolieren würde als wenn ein Vakuum besteht). Als ich ihm dann auch ein paar Fragen stellte, meinte er, er sei nur ein Monteur und was er mir sagt, das hätten sie von den Firmen gelernt, die diese Spezialgläser herstellt, aber wirklich auskennen tut er sich nicht.
Bevor noch die Fenster getauscht wurden, war ein "Vermessungstrupp" hier, der die alten Fenster ausmaß. Der konnte mir zwar etwas von Lambda-Werten und Dezibel erzählen, wie nun alles viel besser wäre wie früher, aber sein Argument, weil das mit Argon gefüllt wäre, verfehlte bei mir die Wirkung: Ich verstummte nicht in Ehrfurcht, weil da ein Edelgas eingefüllt ist. Dann meinte er noch, Krypton sei noch besser, aber da gäbe es noch zu wenig Erfahrung auch im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit, daher würde man uns Argon empfehlen. Warum die Dauerhaftigkeit bei Krypton anders sein sollte wie bei Argon konnte er nicht beantworten. Gewährleistung gäbe es so und so nur auf 5 Jahre.
Da habe ich mir dann nach einigen Internetrecherchen gedacht, poste das Problem einmal hier bei Nickles ;)
man kommt auf die selbe Seite (ich seh zumindest keinen Unterschied).
Aufgrund der Zeichnung dort kam es ja auch schon im Eingangsposting zur Zusatzfrage nach dem Trockungsmittel: Wenn alles dicht ist, woher kommt die Feuchtigkeit? Ist nicht alles dicht, warum sollte dann das Argon drin bleiben?
Das Trocknungsmittel wurde afaik nur bei Verglasung die mit Luft befüllt wurde nötig um das innere beschlagen zu verhindern. Da die Edelgase keine Feuchtigkeit aufnehmen dürften sollte das Trocknungsmittel inzwischen überflüssig sein.
Wie ich bereits erwähnte stelle deine Fragen am besten mal an einen hersteller entsprechender Fenster, die sollten deine Fragen definitiv beantworten können.
Aber viel Spaß mit den neuen Fenstern (inkl Raumreinigung) das haben wir erst vor zwei Jahren durchmachen dürfen.
gruß Olli
Wie ich bereits erwähnte stelle deine Fragen am besten mal an einen hersteller entsprechender Fenster, die sollten deine Fragen definitiv beantworten können.
Hier meine Begründung, warum ich mir davon nicht viel verspreche: Meiner Meinung nach ist das eine Frage der Thermodynamik. In einem Produktionsbetrieb sind keine Wissenschafter, sondern Ingenieure. Die gehen an so ein Problem anders heran. Wenn es um möglichst wärmeisolierende Fenster geht, überlegen sie sich unter anderem, wie man den Wärmeübergang bei den Scheiben vermindern kann. Einglaslösungen scheiden wegen der (relativ) hohen Wärmeleitfähigkeit von Glas aus - also mindestens Zweischeibenlösungen. Ein Vakuum dazwischen wie bei einem Dewar geht nicht, da würde der äußere Luftdruck die Scheiben zusammenpressen und brechen. Daher sucht man ein Füllmittel
* das optisch durchlässig ist (Styropor scheidet beispielsweise aus)
* dem Luftdruck Stand halten kann, ohne dass die Glasscheiben einen erheblichen Anteil des Luftdrucks abfangen müssen (Flüssigkeiten wären ziemlich inkompressibel und von daher gut geeignet)
* leicht ist (Flüssigkeiten, Gele scheiden aus)
* umweltneutral ist (SF6 scheidet aus, auch diverse andere Stoffe und Gase, die bei Glasbruch freigesetzt würden)
* stabil, dauerhaft ist (Stickstoffe, Edelgase, etc.)
* einen möglichst kleinen Wärmeleitwert hat
* kostengünstig ist
Dann greift er sich ein Tabellenwerk mit Wärmeleitzahlen und findet Argon, Krypton und Xenon. Der Ingenieur als Ingenieur stellt nicht die Frage, warum das so ist, er ist anwendungs- und handlungsorientiert, nicht grundlagenorientiert wie ein Wissenschafter. Für ihn ist das halt so, gottgegeben, gemessen, die Physiker werden schon irgend eine Erklärung haben, und damit wirtschaftet er jetzt.
Ich will nicht unterstellen, dass Ingenieure nicht auch ein Interesse an Zusammenhängen haben, aber von Berufswegen interessieren ihn diese Dinge nur wenig.
Ich hatte gehofft, dass hier bei Nickles vielleicht auch ein Thermodynamiker vorbeischaut. Ich könnte mir vorstellen, dass ein Argument so lauten könnte: Wegen des Gleichverteilungssatzes der Energie und E=mv²/2, gilt E = m1v1²/2 = m2v2² /2.
Durch Umformung erhält man, dass v1²/v2² = m2/m1 ist, wobei m für die Masse des Teilchens und v für seine mittlere Translationsgeschwindigkeit steht. Nun ist laut Wikipedia die Masse m1 von Argon rund 40, die von Krypton rund 84. Setzt man das in die Formel ein, ergibt sich ein v1/v2 als Quadratwurzel aus rund 2 (84/40), also =1,4. Bei der gleichen Temperatur bewegen sich daher Argonteilchen im MIttel um rund 40% schneller als Xenonteilchen. Entsprechend schneller können sie freie Wegstrecken bis zum nächsten Zusammenstoß mit einem anderen Teilchen oder der Glaswand zurücklegen und dabei ihren Impuls übergeben. Dadurch kommt der Energietransport in Gasen durch "Leitung" zustande. Nun kann man aber den schon oben geposteten Werten entnehmen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Argon ca. doppelt so groß ist wie jene von Krypton. Das heißt aber auch, dass die gerade angestellte Überlegung noch irgend einen schwerwiegenden Mangel haben muss, da wir rund 60% des Effekts mit diesem Modell nicht erklären können.
Auch in bezug auf die von der Firma behauptete Reflexionsfähigkeit von Argon würde ich gerne einen Physiker hören. Da Argon zu fast 1% in der Atmosphäre vorkommt heißt das, dass eine 1 m dicke Luftschicht genauso viel an Wirkung hätte wie 1 cm reines Argon. Dass die einige 10 km dicke Erdatmosphäre Strahlung reflektiert weiß man spätestens seit den Treibhauseffekten. Aber bei einer 1-2 cm dicken Gasschicht zwischen den Glasscheiben kann ich mir kaum vorstellen, dass da _nennenswerte_ Reflexionseffekte zustande kommen, denn andernfalls müsste es im Freien an einem sonnigen Tag, wenn man 1-2 m von der Sonne weggeht, schon deutlich weniger warm strahlen ... denn da hätte man zwischen sich und der Sonne ebensoviel Argon zugelegt wie bei den Fensterfüllungen. Ich glaube nicht, dass das jemand bestätigen kann, aber vielleicht unterliege ich auch einem Denkfehler.
Auch da fehlt die Erklärung, warum ein besonders "dickes" (dichtes?) Gas besonders gut isolieren sollte
Flüssigkeiten und Gase
Auch in Flüssigkeiten und Gasen wird die Wärmeleitung durch Stöße zwischen Teilchen dominiert, doch ist deren Bewegung stärker und es wirken auch andere Effekte (Durchmischung, Diffusion etc.). Die Wärmeleitung in Gasen hängt nicht vom Druck ab, solange die freie Weglänge der Teilchen klein gegen die Gefäßdimensionen ist. Wenn allerdings die mittlere freie Weglänge durch ein Gefäß (z.B. Thermoskannenwand oder durch Mikroporöse Substanzen (d in nm Bereich) begrenzt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit direkt proportional zum Druck. Diesen Effekt machen sich Vakuumdämmplatten zu nutze.
Leichte Atome bzw. Moleküle leiten besser als schwere. Im Gegensatz zur Konvektion bilden sich bei reiner Wärmediffusion in Flüssigkeiten und Gasen keine Wirbel.
Im allgemeinen gelten Metalle als gute und Gase als schlechte Wärmeleiter. Die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten liegt im allgemeinen ungefähr eine Zehnerpotenz über der von Gasen.
Leichte Atome bzw. Moleküle leiten besser als schwere
Naja, aber Kupfer, Eisen etc. sind ordentlich schwer und leiten alle viel besser als Argon. Also in dieser Allgemeinheit kann die Aussage nicht stimmen, höchstens innerhalb eines bestimmten Aggregatzustandes, beispielsweise der Gase.
Aber genau das ist ja die Frage, warum das so ist. Als Faktum kann man es überall nachlesen, aber ich suche ja eine BEGRÜNDUNG. In meinem Posting von 05.07.2009, 03:08 habe ich versucht, eine thermodynamische Erklärung zu finden, aber das Rechenbeispiel stimmt nur schlecht mit den Messwerten überein.
Dass die Wärmeleitfähigkeit _nicht_ vom Druck abhängen soll, wundert mich ebenfalls: Je größer der Druck bei gegebener Temperatur, desto mehr Teilchen gibt es pro Volumseinheit, die für den Energietransport zur Verfügung stehen. Wieso soll das keinen Einfluss auf die Gesamtmenge der transportierten Energie haben? Würde man umgekehrt den Druck gegen 0 gehen lassen (= überhaupt keine Teilchen mehr), hätte man ein Vakuum wie bei der Thermoskanne - und die isoliert ja angeblich am besten, weil Wärmeleitung und Wärmekonvektion wegfällt.
Dass die Wärmeleitfähigkeit _nicht_ vom Druck abhängen soll, wundert mich ebenfalls
Du musst schon den ganzen Satz lesen:
Die Wärmeleitung in Gasen hängt nicht vom Druck ab, solange die freie Weglänge der Teilchen klein gegen die Gefäßdimensionen ist. Wenn allerdings die mittlere freie Weglänge durch ein Gefäß (z.B. Thermoskannenwand oder durch Mikroporöse Substanzen (d in nm Bereich) begrenzt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit direkt proportional zum Druck.
Genau letzteres ist ja bei Deinen Fenstern der Fall.
Du musst schon den ganzen Satz lesen: ...
Dann versuche ich es nochmals :)
S1: "Die Wärmeleitung in Gasen hängt nicht vom Druck ab, solange die freie Weglänge der Teilchen klein gegen die Gefäßdimensionen ist."
Nach Umformung (Beseitigung der doppelten Verneinung wegen "nicht" und "klein") kommt heraus:
S2a: "Die Wärmeleitung in Gasen hängt vom Druck ab, solange die freie Weglänge der Teilchen groß gegen die Gefäßdimensionen ist."
S2b: "Wenn die freie Weglänge der Teilchen groß gegen die Gefäßdimensionen ist, dann hängt die Wärmeleitung in Gasen vom Druck ab"
("Wenn es regnet, sind die Straßen nass")
S2c: "Nur wenn die freie Weglänge der Teilchen groß gegen die Gefäßdimensionen ist, dann hängt die Wärmeleitung in Gasen vom Druck ab"
("Nur wenn es regnet, sind die Straßen nass")
S2a und S2b sollten somit äquivalent (selbe Aussage) zu S1 sein, S2c steht zur Diskussion ob das von dir bzw. c41024h gemeint war (würde ich allerdings annehmen).
Nun trifft S2b beim Fenster nicht zu, denn:
S3: Im Fall des Fensters ist die Gefäßdimension (cm) groß gegenüber der freien Weglänge (nm).
Damit wird die Bedingung für das Zutreffen der Dann-Behauptung in Satz S2b falsifiziert. ("Es regnet nicht"). Ex falso quodlibet für S2b: kein Schluss möglich (die Straßen könnten trotzdem, aber aus anderem Grund nass sein; die Leitfähigkeit könnte trotzdem, aber aus anderen Gründen vom Druck abhängen).
S2c: Wegen der Nur-Bedingung und tertium non datur lässt sich schließen:
S2c: "Nur wenn die freie Weglänge der Teilchen groß gegen die Gefäßdimensionen ist, dann hängt die Wärmeleitung in Gasen vom Druck ab"
S3': Die freie Weglänge der Teilchen ist klein gegen die Gefäßdimension (im Fall des Fensters)
Schluss: Also hängt (unter den Bedingungen des Fensters) die Wärmeleitung in Gasen NICHT vom Druck ab.
Das Inhaltliche dieser Schlussfolgerung bestreite ich mit den schon weiter oben (05.07.2009, 03:42) dargelegten Argumenten. Da der Schluss formal richtig zustande kam (hoffe ich mal, aber du kannst mich ja widerlegen), muss ich daher die Prämisse in Frage stellen - was ich ja auch getan habe.
Genau letzteres ist ja bei Deinen Fenstern der Fall.
Das letztere war: "Wenn allerdings die mittlere freie Weglänge durch ein Gefäß (z.B. Thermoskannenwand oder durch Mikroporöse Substanzen (d in nm Bereich) begrenzt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit direkt proportional zum Druck."
Ich kann nicht sehen, wieso bei einem Fenster (d im cm-Bereich!, das ist rund das Millionen-fache des nm-Bereichs der mittleren freien Weglänge von etwa 68 nm bei normalem Luftdruck) die Aussage dieses Satzes anwendbar sein sollte. So wie ich das verstehe, ist im Falle des Fensters nur der erste Satz anwendbar, und der erste Satz führt eben zu dem Schluss, den ich bestreite (s. oben). Oder man verneint den 2. Satz insgesamt und kommt von
"Wenn allerdings die mittlere freie Weglänge durch ein Gefäß (z.B. Thermoskannenwand oder durch Mikroporöse Substanzen (d in nm Bereich) begrenzt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit direkt proportional zum Druck."
ebenfalls durch Umformung zu:
"Wenn allerdings die mittlere freie Weglänge durch ein Gefäß (z.B. Thermoskannenwand oder durch Mikroporöse Substanzen (d in nm Bereich) NICHT begrenzt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit NICHT direkt proportional zum Druck."
Das müsste dann für die Verhältnisse beim Fenster gelten, da hier die freie Weglänge NICHT begrenzt wird, und folglich - wenn die Aussage wahr wäre - die Wärmeleitfähigkeit auch NICHT proportional zum Druck ist.
Es fällt auf, daß wegen Gl.1 die Wärmeleitfähigkeit nicht vom Gasdruck abhängen dürfte, da die Teilchenzahldichte n proportional zum Druck p, die freie Weglänge Λ jedoch umgekehrt proportional zu p ist und damit das Produkt Λ⋅n nicht mehr von p abhängt. Dennoch weiß man aus der Praxis, daß z.B. in Thermosgefäßen oder modernen Doppelglasfenstern „luftleer“ gepumpte Zwischenräume zur Wärmeisolation genutzt werden. Worin liegt die Lösung dieses Widerspruchs? Entscheidend ist das Verhältnis zwischen freier Weglänge und den Abmessungen des Versuchsgefäßes. Solange die freie Weglänge kleiner ist, gilt Gl.1 und die Wärmeleitfähigkeit ist tatsächlich über weite Bereiche druckunabhängig. Wenn aber Λ (zu niedrigen Drücken hin) die Dimension des Gefäßes überschreitet, wird die Wegstrecke, welche die Teilchen maximal zurücklegen können, durch die Gefäßabmessungen bestimmt. Λ muß in Gl.1 dann faktisch als Konstante angesehen werden und λ wird direkt von der Molekülzahldichte n und damit vom Druck p abhängig.
Danke für den Link, so etwas habe ich im Prinzip gesucht! Ich weiß jetzt, wie du zu deinen Behauptungen kommst.
Übermäßig glücklich bin ich mit dem Inhalt des Versuchs 201 jedoch nicht.
a) Gleichung (1) wurde nicht hergeleitet, sondern auf Seite 8 unter Punkt 3 nur abermals hingeschrieben. Somit ist nicht argumentiert, wieso die mittlere freie Weglänge in der Gleichung auftaucht.
Die Herleitung von Formel (1) auf Seite 8, 3) geht auch halbempirisch:
Die transportierte Wärmemenge ist
proportional zur Wärmemenge, die ein Teilchen transportieren kann (Cv/NL)
proportional zur Zahl der Teilchen n
proportional zur mittleren Geschwindigkeit der Teilchen, wobei man mit schlauen Überlegungen noch den Faktor 1/3 hat (nur x-Achse; 1/6 könnte man sich auch wegen +/- x einreden lassen)
und einem Proportionalitätsfaktor, der dafür sorgt, dass nicht nur numerisch, sondern auch die Dimensionen mit dem linken Teil der Gleichung übereinstimmen. In der Formel (1) ist das genau Lambda mit der Dimension einer reziproken Fläche (siehe c) ). Naja.
b) Ich habe es bisher nicht geschafft, die Dimensionsgleichung zu lösen: die Wärmeleitfähigkeit sollte die Dimension W / (m.K) haben (m ist hier nicht die Masse, sondern steht für Meter, also eine Länge, K für Grad (Kelvin)). Genau das müsste auch für die rechte Seite der Gleichung herauskommen ... tut es aber bei mir nicht, wenn ich beispielsweise für die mittlere freie Weglänge ebenfalls m (Länge) nehme. Dimensionsgleichheit ergibt sich erst, wenn man für Lambda eine reziproke Fläche einsetzt!
c) mit b) hängt zusammen Gleichung (2) auf Seite 2: Wenn das wahr ist, dann hätte die "mittlere freie Weglänge" eine Dimension einer reziproken Fläche! (1/D-Quadrat, wobei D der effektive Durchmesser des Teilchens ist, und ein Durchmesser hat die Dimension einer Länge) - die anderen Faktoren sind dimensionslos und fallen aus der Dimensionsgleichung somit weg. Nach meinem bisherigen Verständnis ist jedoch die mittlere freie Weglänge eine Länge, nämlich genau jene Länge, die ein Gasteilchen fliegen kann, bevor es mit einem anderen Teilchen zusammenstößt. (Genauso wird ja bei der Herleitung der Gleichung später argumentiert). Es kann nicht eine Länge dimensionsgleich einer reziproken Fläche sein!
d) Auf Seite 7 lit 1) wird die mittlere freie Weglänge formelmäßig hergeleitet. Wie kann denn, wenn man von der Betrachtung eines Volumens(!), das von einem Zylinder mit dem Durchmesser D und der Höhe Lambda (=mittlere freie Weglänge) gebildet wird, dieses Volumen gleich sein dem reziproken Wert der Teilchenzahl?! Ein Volumen kann nur einem Volumen gleich sein und nicht dem reziproken Wert einer dimensionslosen Zahl! (wo kommt denn da die Eins her? Statt "1" müsste hier das Volumen des betrachteten Gefäßes und dann dividiert durch die Teilchenzahl n stehen, denn das ist genau das Volumen, das durchschnittlich jedem Teilchen zur Verfügung steht - dann erst würde die Dimensionsgleichung wieder stimmen). Jedenfalls stimmt auch hier die Dimensionsgleichung nicht, was sich natürlich in Gleichung (2) auf Seite 2 fortschleppt. Da dürfte wer vorsorglich gleich alles auf ein "Einheitsvolumen" bezogen haben ...
e) Auf Seite 1, Kap. 2.1 "Druckabhängigkeit der Wärmeleitung in Gasen". Im drittletzten Absatz steht: "In Gasen ist die Wärmeleitfähigkeit vom Druck und von der Temperatur abhängig." Abhängig! - und das wird auf Seite 2 wegen Formel (1) dann widerrufen, obwohl gerade Formel (1) für _nicht_allzukleine_ Drucke gilt. Klar, wenn man sich nur die Formel ansieht, fällt wegen der reziproken Abhängigkeit von Teilchenzahl und mittleren Weglänge der Druck weg. Wo also kommt dann gleich wieder die Druckabhängigkeit her - und zwar nicht erst bei großen Lambdas gegenüber den Gefäßdimensionen? Das lässt zumindest Interpretationsspielraum!
Aufgrund der Formel ergibt sich, dass möglichst "große" (bezogen auf den effektiven Durchmesser D), einatomige Gase, unter normalen Bedingungen unabhängig vom Druck, die Wärme am schlechtesten leiten (sollten). Meine Frage ist damit soweit beantwortet.
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