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Wärmekapazität

Zu den wichtigen thermischen Eigenschaften eines Gesteins zählen die Wärmeleitfähigkeit λ [W m-1 K-1] und die spezifische Wärmekapazität c [J kg-1 K-1].

Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt das Ver­mögen eines Stoffes, thermische Energie in Form von Wärme zu transportieren. Die Wärme­kapazität kennzeichnet sein Vermögen, Wärme zu speichern. Letzterer Parameter ist wichtig für die Charakterisierung transienter, d. h. zeitlich veränderlicher Prozesse.

Für die Wärmekapazität gilt:

Maßeinheit

J kg-1 K-1 für spezifische Wärmekapazität c, J m-3 K-1 für volumenbezogene spezi­fische Wärmekapazität c ρ.

Definition

Die spezifische Wärmekapazität ist das Verhältnis der einem Körper zugeführten Wärme zur entsprechenden Temperaturänderung und seinem Gewicht. Sie beschreibt das Vermögen eines Stoffes Wärme zu speichern und ist temperaturabhängig. Die isobare spezi­fische Wärmekapazität cp ist die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck. Die volu­menbezogene spezifische Wärmekapazität ist das Produkt aus spezifischer Wärmekapazität und Dichte.

Bestimmung

Messung am Bohrkern im Labor.

Wertebereich

  • Massebezogen: 70 bis 1.100 J kg-1 K-1 (Mittelwert: 840 J kg-1 K-1 - mit geringer Schwankungsbreite) für die Wärmekapazität c
  • Volumenbezogen: 1,9 bis 2,5·106 J m-3 K-1 (Mittelwert: 2,1·106 J m-3 K-1 - mit ge­ringer Schwankungsbreite) für die spezifische Wärmekapazität c ρ 

Für Hochenthalpielagerstätten wird international oft pauschal angenommen:

  • 2,1 bis 2,5·106 J m-3 K-1 für die volumenbezogene spezifische Wärmekapazität c ρ.

Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazitätvon Gesteinen und Geofluiden unter Normalbedingungen

Gestein/Fluide

Wärmeleitfahigkeit λ

(J s1 m1 K1)

spez. Wärmekapazitat c

(kJ kg1 K1)

Kies, Sand, trocken

0,3 - 0,8

0,50 - 0,59

Kies, Sand, nass

1,7 - 5,0

0,85 - 1,90

Ton, Lehm, feucht

0,9 - 2,3

0,80 - 2,30

Kalkstein

2,5 - 4,0

0,80 - 1,00

Dolomit

1,6 - 5,5

0,92 - 1,06

Marmor

1,6 - 4,0

0,86 - 0,92

Sandstein

1,3 - 5,1

0,82 - 1,00

Tonstein

0,6 - 4,0

0,82 - 1,18

Granit

2,1 - 4,1

0,75 - 1,22

Gneis

1,9 - 4,0

0,75 - 0,90

Basalt

1,3 - 2,3

0,72 - 1,00

Quarzit

3,6 - 6,6

0,78 - 0,92

Steinsalz

5,4

0,84

Luft

0,02

1,01

Wasser

0,59

4,18

Literatur

http://www.geotis.de/homepage/Ergebnisse/TIEFE_GEOTHERMIE_Nutzungsmoeglichkeiten_in_Deutschland_3_Auflage_2011.pdf

Stober, Ingrid; Kurt Bucher (2020): Geothermie, Springer Spektrum, 3. Auflage. ISBN 978-3-662-60939-2 ISBN 978-3-662-60940-8 (eBook). https://doi.org/10.1007/978-3-662-60940-8.

zuletzt bearbeitet Juni 2024, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de