Wärmetransport

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Zwischen zwei Körpern unterschiedlicher Temperatur wird Wärmeenergie vom wärmeren zum kälteren Körper transportiert. Im Tauchsport sind drei Arten des Wärmetransports relevant: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmetransport durch Wärmestrahlung.

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Wärmeenergie wird, genauso wie Wasser, das immer von einem höher gelegenen Punkt zu einem tiefer gelegenen fließt, immer von einem wärmeren Körper zu einem kälteren transportiert. Der wärmere kühlt dabei ab, der kältere erwärmt sich.

Da Wasser Wärme sehr viel besser als Luft transportiert (Wärmeleitung und Konvektion), kühlst du beim Aufenthalt selbst in warmem Wasser deutlich schneller aus, als an Luft bei gleicher Temperatur. Um einer zu schnellen Auskühlung bzw. einer Unterkühlung vorzubeugen, musst du deshalb beim Tauchen einen passenden Kälteschutz in Form eines Tauchanzugs (mit Zubehör) tragen. Dieser reduziert den Wärmetransport von deinem Körper an das dich umgebende (kalte) Wasser deutlich.

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Wärme wird in Form von Bewegungsenergie in den kleinsten Bausteinen (Atome bzw. Moleküle) der Materie gespeichert. Die Teilchen bewegen sich, abhängig von der Temperatur, mehr oder weniger stark (sog. Brownsche Bewegung).

Wärmeleitung

Wärmeleitung durch verschieden dicke Tauchanzüge.

Bei der Wärmeleitung wird Wärmeenergie durch die ständigen Stöße der Teilchen miteinander transportiert. Die Kennzahl, wie gut ein Stoff Wärme transportiert, ist die Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist ca. 25-mal höher als die Wärmeleitfähigkeit von Luft. Ein Körper gibt im Wasser also 25-mal mehr Wärme ab, als an Luft mit gleicher Temperatur.

Die Wärmeabgabe im Wasser lässt sich reduzieren, indem man Isolationsschichten zwischen Wasser und Körper verwendet. Neopren isoliert wegen der vielen eingebetteten Gasblasen sehr gut. Die Isolationsfähigkeit ist allerdings von der Dicke abhängig: Je dicker das Material, desto weniger Wärme wird hindurch geleitet und umso besser isoliert es.

Durch eine zusätzliche Gasschicht zwischen dem Körper und dem Tauchanzug lässt sich die Wärmeleitung weiter reduzieren. Ein Trockentauchanzug basiert auf diesem Prinzip. Idealerweise verwendet man hierzu ein Gas mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als Luft (z. B. Argon).

Konvektion

Konvektion an der Anzugoberfläche und Austausch der Wasserschicht unter dem Tauchanzug.

Bei der Konvektion wird Wärme durch die Bewegung des Mediums - Wasser oder Luft - vom warmen Körper abtransportiert: Das kalte Medium bewegt sich über die wärme Oberfläche, erwärmt sich und transportiert somit Wärme ab. Du kennst das auch aus dem Alltag: Ein Luftstrom kühlt deutlich besser als stehende Luft.

Im Tauchsport geschieht der Wärmetransport durch Konvektion einerseits durch das am Taucher vorbeiströmende kalte Wasser und andererseits durch den ständigen Austausch der dünnen Wasserschicht zwischen dem Tauchanzug und der Haut. Deswegen ist es wichtig, dass ein Tauchanzug möglichst gut sitzt, damit wenig Wasser eindringen bzw. ausgetauscht werden kann. Halbtrockentauchanzüge sind mit zusätzlichen Dichtmanschetten an Hals, Armen und Beinen und dichten Reißverschlüssen ausgestattet, um den Wasseraustausch im Anzug und damit eine Wärmeabgabe über Konvektion so weit wie möglich zu minimieren.

Wärmestrahlung

Wärmestrahlung an der Tauchanzugoberfläche.

Jeder Körper gibt über seine Oberfläche Wärme in Form von Wärmestrahlung (elektromagnetische Strahlung im nicht sichtbaren Infrarotbereich) ab. Die Menge der abgegebenen Wärmeenergie hängt stark von den Eigenschaften der Oberfläche ab: Dunkle Oberflächen emittieren bei gleicher Temperatur mehr Wärmestrahlung als hellere.

Genauso verhält es sich auch mit der Absorption von Wärmestrahlung: Ein schwarzer Tauchanzug erhitzt sich in der Sonne deutlich stärker als ein hellerer.

Im Vergleich zum Wärmetransport durch Wärmeleitung und Konvektion spielt die Wärmeabgabe über Wärmestrahlung im Wasser allerdings nur eine untergeordnete Rolle.