Da vi studerede varmetransmission ved ledning, så vi, at denne varmeoverførselsproces finder sted gennem alt materialet gennem udveksling af energi mellem nærliggende partikler, det vil sige mellem partikler tilstødende. Ledningsmekanismen opstår, når molekyler eller atomer, der har en højere temperatur, overfører en del af energien til nærliggende molekyler eller atomer, der har lavere energi. Således siger vi, at energi overføres fra regionen med høj temperatur til regionen med lav temperatur. Varmeledning sigter mod materialets termiske balance.
Vi vil nu præsentere loven, der styrer termisk ledning, også kendt som Fouriers lov. Det er opkaldt efter videnskabsmanden, der først studerede i detaljer transmission af varme ved ledning.
I figuren ovenfor har vi en metalstang forbundet til to beholdere, den ene indeholder kogende vand og den anden indeholder en blanding af vand og is. Fra figuren ser vi, at stangen er isoleret i siden.
Joseph Fourier formåede gennem eksperimenter at observere, at temperaturen varierer lineært i hele bjælken, dvs. fra den ene ende til den anden. Derfor varmestrømmen
på tværs af bjælken er proportional med området for sektion A i bjælken og temperaturforskellen, AT = Tf - Tjegmellem de to ender; og omvendt proportional med længden, L, af stangen. Se figuren nedenfor:
Vi kan matematisk definere, at varmestrømmen ikke er mere end varmekvotienten Spørgsmål transmitteres fra et ansigt til et andet over et temperaturområde. Så varmestrømmen er defineret af:
Analytisk kan Fouriers lov eller termisk ledningslov udtrykkes som:
I ligningen ovenfor, k er en materialeafhængig konstant og kaldes varmeledningsevne af materiale. Værdien af denne koefficient er høj for gode varmeledere; og lavt for dårlige ledere, kendt som varmeisolatorer.
Af Domitiano Marques
Uddannet i fysik
