Wärmeleitfähigkeit

Definition – Was bedeutet Wärmeleitfähigkeit?

Wärmeleitfähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Wärmeenergie von einem Bereich zum anderen zu übertragen. In Metallen erfolgt diese Wärmeübertragung durch die Bewegung von Elektronen, die Energie von heißeren zu kälteren Bereichen transportieren. Ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann Wärme schnell und effizient leiten. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig in Anwendungen, bei denen eine schnelle Wärmeabfuhr oder -verteilung entscheidend ist, wie etwa in der Elektronik, im Bauwesen oder in der Kühltechnik. Die Wärmeleitfähigkeit hat im Internationalen Einheitensystem (SI) die Einheit Watt pro Meter und Kelvin (W/mK).

Welche Metalle leiten Wärme besonders gut?

Einige Metalle zeichnen sich durch ihre exzellente Wärmeleitfähigkeit aus und werden deshalb häufig in technischen Anwendungen eingesetzt:

• Kupfer: Kupfer ist eines der Metalle mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit und wird oft in Wärmeableitern, Kühlern und elektrischen Leitern verwendet. Es leitet Wärme mit einer Effizienz von etwa 400 W/mK.
• Aluminium: Aluminium hat ebenfalls eine hohe Wärmeleitfähigkeit von rund 235 W/mK. Es wird aufgrund seiner Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit oft in der Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie in der Kühltechnik eingesetzt.
• Silber: Silber hat die höchste Wärmeleitfähigkeit aller Metalle, etwa 430 W/mK. Aufgrund seiner hohen Kosten wird es jedoch selten für eine großflächige Wärmeleitung eingesetzt, sondern eher in speziellen technischen Anwendungen, die höchste Effizienz erfordern.
• Gold: Auch Gold leitet Wärme sehr gut (ca. 318 W/mK), jedoch wird es aufgrund seines ebenfalls hohen Preises nur in besonderen Anwendungen verwendet, wie in der Mikroelektronik oder der Raumfahrt.

Wo spielen wärmeleitfähige Metalle eine wichtige Rolle?

• Elektronik und Elektrotechnik: In Computern und elektronischen Geräten wird Wärme durch Bauteile wie Kühlkörper oder Wärmetauscher abgeleitet, um eine Überhitzung zu vermeiden. Kupfer und Aluminium sind hier die bevorzugten Materialien.
• Automobilindustrie: In Fahrzeugen werden wärmeleitfähige Metalle verwendet, um Motoren, Bremsen und andere mechanische Bauteile effizient zu kühlen. Aluminium wird hier oft eingesetzt, weil es leicht und gleichzeitig ein guter Wärmeleiter ist.
• Bauwesen: In der Architektur werden wärmeleitfähige Metalle für Heizsysteme und Wärmeübertrager genutzt. Beispielsweise sind Aluminium- oder Kupferrohre in Fußbodenheizungen häufig zu finden.
• Kühltechnik: In Kühlsystemen, sei es in Haushaltsgeräten wie Kühlschränken oder in industriellen Anlagen, sorgen Metalle wie Aluminium und Kupfer für eine schnelle und effektive Ableitung von Wärme.