Alle festen Stoffe können Wärme leiten, ohne sich dabei selbst zu bewegen. Über den molekularen Aufbau wandert die Energie durch das Material hindurch, und zwar immer von der höheren zur niedrigeren Temperatur. Wir erklären die Wärmeleitung einfach und mit praktischen Beispielen.

Was ist Wärmeleitung?

Bei der Wärmeleitung wandert Energie durch das Material, ohne dass sich der Stoff selbst bewegt oder strömt. Dieser Weg besteht auch zwischen festen Stoffen und angrenzenden Flüssigkeiten oder Gasen. Die Fließrichtung ist dabei physikalisch festgelegt: Die höhere Temperatur bewegt sich immer auf die niedrigere zu. Vereinfacht wird Wärme also durch einen Stoff hindurch von einem wärmeren zu einem kälteren Bereich übertragen. So erwärmt sich beispielsweise der zunächst kalte Griff eines Kochtopfs, der über eine Feuerstelle gehalten wird.

Wovon hängt die Wärmeleitung ab?

Wärme wird in einem Körper nur geleitet, wenn zwei unterschiedliche Temperaturbereiche vorliegen. Weitere Einflussfaktoren sind die Wärmeleitfähigkeit des Stoffs, seine Querschnittsfläche, die Temperaturdifferenz, die Länge des Körpers und die Zeit. Setzt man diese Größen in Beziehung, ergibt sich die Wärmeleitungsgleichung. Vereinfacht ausgedrückt ergibt sich die übertragene Wärmemenge Q aus der Wärmeleitfähigkeit des Stoffs (Lambda) multipliziert mit der Querschnittsfläche A, der Zeit t und der Temperaturdifferenz, geteilt durch die Länge l des Körpers. Die folgende Übersicht erläutert die verwendeten Größen:

Größe	Beschreibung
Q	übertragene Wärmemenge
Lambda	Wärmeleitfähigkeit des Stoffs
A	Querschnittsfläche
t	Zeit, die die Wärmeleitung in Anspruch nimmt
Temperaturdifferenz	Unterschied zwischen den Temperaturbereichen
l	Länge des Stoffs

Was ist die Wärmeleitfähigkeit?

Die Wärmeleitfähigkeit entscheidet, wie gut sich ein Stoff zum Übertragen oder Speichern von Wärme eignet. Materialien mit geringer Leitfähigkeit dienen dem Erhalt und der Speicherung, während gut leitende Werkstoffe zum Transport von Wärme eingesetzt werden. Die folgende Übersicht zeigt typische Beispiele:

Gute Wärmeleiter	Schlechte Wärmeleiter
Aluminium	Beton
Gold	Glas
Kupfer	Holz
Stahl	Styropor
Wolfram	Luft

Bei zwanzig Grad Celsius liegt die Wärmeleitfähigkeit von Luft bei rund 0,026 W/(mK), Wasser erreicht bei gleicher Temperatur etwa 0,58 W/(mK). Gold, Silber und Kupfer besitzen sehr hohe Wärmeleitfähigkeiten, weshalb sie in vielen technischen Anwendungen unverzichtbar sind. Die schlechte Leitfähigkeit von Luft ist zugleich der Grund, warum ruhende Luftschichten in Dämmstoffen so gut isolieren.

Praktische Beispiele

Wie stark die Wärmeleitung einzelner Stoffe ausfällt, lässt sich im Alltag gut beobachten. Die meisten Metalle sind sehr gute Wärmeleiter, wobei die spezifische Wärmekapazität und die Dichte eine Rolle spielen. Eine hohe Wärmeleitung ist jedoch nicht immer erwünscht: Bei Kochtopfgriffen etwa stört sie, da sich der Griff stark erhitzt, und auch bei Rohrleitungen oder Fenstern sind hohe Werte oft nachteilig, weil dort Wärme verloren geht. Für die Wärmedämmung eines Hauses wählt man daher bewusst schlecht leitende Materialien wie Styropor, Holzfaser oder Mineralwolle.

Unterschied zu Wärmeströmung und Wärmestrahlung

Bei der Wärmeleitung wird Wärme übertragen, obwohl der Körper selbst ruht, indem schnellere Teilchen ihre Energie an langsamere abgeben. Bei der Wärmeströmung dagegen bewegen sich Flüssigkeiten oder Gase und nehmen dabei Wärme mit, was entsteht, wenn sich erwärmte Medien ausdehnen und ihre Dichte ändern. Die Wärmestrahlung schließlich wird von heißen Körpern direkt abgegeben und kann sogar die Luft durchdringen, ohne ein Medium zu benötigen. Diese drei Formen der Wärmeübertragung treten im Alltag oft gemeinsam auf, etwa bei einer Heizung, die über Strahlung und Konvektion Wärme abgibt.

Fazit

Zusammengefasst ist die Wärmeleitung eine der drei grundlegenden Formen der Wärmeübertragung, bei der Energie durch einen ruhenden Körper von warmen zu kalten Bereichen wandert. Wie stark ein Stoff Wärme leitet, hängt von seiner Wärmeleitfähigkeit sowie von Fläche, Temperaturdifferenz, Länge und Zeit ab. Metalle leiten Wärme gut und eignen sich zum Transport, schlecht leitende Stoffe wie Styropor oder Holz dienen der Dämmung. Wer diese Zusammenhänge kennt, versteht besser, warum bestimmte Materialien zum Heizen und andere zum Dämmen eingesetzt werden, und kann im Haushalt gezielt Energie sparen, indem er Wärmeverluste über gut leitende Bauteile vermeidet.

Ein anschauliches Beispiel für die praktische Bedeutung der Wärmeleitung ist die Fensterverglasung: Einfachglas leitet Wärme stark nach außen, während eine moderne Wärmeschutzverglasung mit mehreren Scheiben und einer isolierenden Gasfüllung die Wärmeleitung stark reduziert. Ähnlich funktionieren Dämmstoffe, die durch viele kleine, ruhende Lufteinschlüsse die Wärmeleitung minimieren. So wird das physikalische Prinzip der Wärmeleitung zur Grundlage moderner Energieeinsparung im Gebäude.

Zusammengefasst ist die Wärmeleitung eine der drei Formen der Wärmeübertragung, bei der Energie durch einen ruhenden Körper von warmen zu kalten Bereichen wandert. Wie stark ein Stoff Wärme leitet, hängt von seiner Wärmeleitfähigkeit sowie von Fläche, Temperaturdifferenz, Länge und Zeit ab. Metalle leiten Wärme gut und eignen sich zum Transport, schlecht leitende Stoffe wie Styropor oder Holz dienen der Dämmung. Wer diese Zusammenhänge kennt, versteht besser, warum bestimmte Materialien zum Heizen und andere zum Dämmen eingesetzt werden.