Definicja przewodność cieplna

Przewodność jest właściwością, którą mają elementy przewodzące . Jest to nazwa nadana tym materiałom, które mają zdolność do przesyłania energii elektrycznej lub ciepła .

Przewodność cieplna

Kiedy materiał pozwala elektryczności przejść przez siebie, mówi się, że ma przewodność elektryczną . Z drugiej strony, jeśli pozwala na przepływ ciepła, określa się go jako przewodnictwo cieplne .

Można zatem wskazać, że przewodność cieplna jest właściwością tych pierwiastków, które umożliwiają transmisję ciepła . Ta fizyczna właściwość implikuje, że gdy materiał ma przewodność cieplną, ciepło przechodzi z ciała o wyższej temperaturze do niższej temperatury, która ma z nim kontakt.

Ta transmisja ciepła obejmuje wymianę energii wewnętrznej (która łączy energię potencjalną i energię kinetyczną ) elektronów, atomów i cząsteczek. Im wyższe przewodnictwo cieplne, tym lepsze przewodzenie ciepła. Właściwością odwrotną jest rezystywność termiczna, która wskazuje, że im niższa przewodność cieplna, tym więcej izolacji termicznej (więcej rezystywności).

W odniesieniu do energii potencjalnej możemy powiedzieć, że to energia mechaniczna jest związana z umiejscowieniem ciała w polu sił (w tym przypadku mówimy między innymi o energii elektrostatycznej lub grawitacyjnej ) lub obecności pole sił w obrębie samego ciała (w tym przypadku energia byłaby elastyczna ). Innymi słowy, energia potencjalna jest wynikiem układu sił, które mają wpływ na to, że dane ciało jest konserwatywne, to znaczy, że jego całkowita praca na cząstce wynosi zero.

Z drugiej strony, energia kinetyczna ciała jest tym, co dzięki ruchowi . Chodzi o pracę, która jest potrzebna do osiągnięcia przyspieszenia od spoczynku do określonej prędkości. Kiedy ciało osiąga tę energię podczas przyspieszania, utrzymuje ją, chyba że zmienia jej prędkość. Aby powrócić do stanu spoczynku, należy wykonać pracę ujemną o tej samej wielkości.

Podczas podgrzewania materii zwiększa ona średnią energię kinetyczną jego cząsteczek, a to zwiększa jej poziom pobudzenia. Na poziomie molekularnym dochodzi do przewodzenia ciepła, ponieważ cząsteczki wchodzą ze sobą w interakcje, wymieniając energię kinetyczną bez wykonywania globalnych ruchów materii . Warto wspomnieć, że na poziomie makroskopowym można modelować to zjawisko za pomocą prawa Fouriera .

Prawo Fouriera stwierdza, że ​​przewodność cieplna przenosi proporcjonalny przepływ przez przewodzenie ciepła (proces, w którym ciepło jest propagowane w różnych mediach), w ośrodku izotropowym (przestrzeń, w której właściwości fizyczne nie są związane w kierunku, w którym są badane), co jest proporcjonalne i przeciwne do gradientu temperatury w tym kierunku.

Formuła prawa Fouriera stwierdza, że strumień cieplny występujący na danej powierzchni, mierzony za pomocą danej jednostki, jest równy przewodności cieplnej przez gradient temperatury wewnątrz materiału, pomnożony przez -1 .

Metale są dobrymi przewodnikami termicznymi: z tego powodu są one stosowane w tych przemysłowych procedurach, w których próbuje się zmaksymalizować transmisję ciepła. Inne materiały, takie jak włókno szklane, mają tak niską przewodność cieplną, że są używane jako izolatory.

Wydajność przewodzenia ciepła jest wskazywana przez ilość znaną jako współczynnik przewodności cieplnej . Współczynnik ten, w Międzynarodowym Systemie Jednostek, wyrażony jest w watach / (metr x kelwin) . Może być również wyrażone w BTU / (godzina x stopa x Fahrenheit) w systemie anglosaskim i w kilokaloriach / (godzina x metr x kelwin) w systemie technicznym.

Zalecane