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Lexikon der Geowissenschaften: thermische Eigenschaften

thermische Eigenschaften, in der Mineralogie unterteilt in richtungsabhängige Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit und Ausdehnung der Minerale unter Wärmeeinwirkung, was auch als thermische Dilatation bezeichnet wird; thermische Ausdehnung) und richtungsunabhängige Eigenschaften (spezifische Wärme). Das thermische Verhalten spielt eine große Rolle bei der Verarbeitung mineralischer Rohstoffe zu keramischen Produkten (Keramik). Keramische, besonders auch feuerfestkeramische Produkte sind starken Temperaturschwankungen ausgesetzt, und da der Temperaturausgleich in den zum Teil kristallinen, zum Teil glasigen Produkten eine endliche Zeit benötigt, treten dabei Temperaturunterschiede und wegen der Wärmedehnung auch Differenzen in den Volumina auf. Daraus resultieren Spannungen, die, wenn sie die Festigkeit des Materials übersteigen, zu Bruch führen. Der Prüfung der Temperaturwechselbeständigkeit kommt daher in keramischen Erzeugnissen eine wichtige Bedeutung zu. Auch die Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur spielt bei Feuerfestkeramiken und bei Metallhüttenprozessen eine wichtige Rolle.

a) spezifische Wärme: Das ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 g einer Substanz um 1ºC zu erwärmen. Sie beträgt für H2O von 15ºC=1. Ausgedrückt in cal/(g·Grad) beträgt sie für die Silicatminerale 0,176, für Kalifeldspat 0,188, für die Pyroxene 0,196 und für Muscovit 0,205. Niedrigere spezifische Wärmen zeigen die metallischen Minerale, wie Kupfer mit 0,092, Silber 0,056 und Gold 0,031. Da die spezifische Wärme der kristallinen Elemente ihrem Atomgewicht umgekehrt proportional ist, bildet deren Atomwärme nahezu eine Konstante, die sich nach der Regel von Doulong-Petit mit steigender Temperatur dem Grenzwert von 6,4 nähert. Als Atomwärme wird das Produkt aus spezifischer Wärme und Atomgewicht bezeichnet.

b) thermische Dilatation oder thermische Ausdehnung: Die unterschiedliche thermische Ausdehnung der Minerale spielt in der Natur, z.B. bei der Insolation, d.h. bei der physikalischen Verwitterung der Gesteine, eine wesentliche Rolle. In der Aufbereitungstechnik wird sie dazu benutzt, verfestigte Mineralgemenge durch wechselweises Erhitzen und Abkühlen zu trennen. Die Größe der Ausdehnung der Kristalle ist von der Richtung abhängig, jedoch können Richtung und Gegenrichtung hier nicht unterschieden werden. Wie auch die optischen Eigenschaften der Minerale sind daher die thermischen Eigenschaften der Minerale inversionssymmetrisch ( Abb.). Während sich nahezu alle Stoffe beim Erwärmen ausdehnen, findet bei manchen Mineralen, z.B. beim Calcit, in bestimmten Richtungen beim Erwärmen keine Dilatation, sondern Kontraktion statt. Die relative Verlängerung eines Kristallstabes für je 1ºC Temperaturerhöhung wird als linearer Ausdehnungskoeffizient bezeichnet. Für Quarz beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient parallel zur c-Achse 9·10-6, senkrecht zur c-Achse 14·10-6.Isotrope Substanzen, also Gläser (Gesteinsglas) und kubische Kristalle besitzen nur einen linearen Ausdehnungskoeffizienten. Minerale des hexagonalen und tetragonalen Kristallsystems haben dagegen zwei, Minerale des rhombischen, monoklinen und triklinen Kristallsystems drei lineare Ausdehnungskoeffizienten, die senkrecht aufeinander stehen. [GST]


thermische Eigenschaften: Dilatometerkurven einiger keramischer Rohstoffe: 1=Kaolin (Hirschau), 2=Illit (Sarospatak), 3=Sericit (Le Boulou), 4=Quarzmehl (Dörentrup), 5=Feldspat (Skandinavien). thermische Eigenschaften:
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