Kun tutkimme lämmönsiirtoa johtimella, näimme, että tämä lämmönsiirtoprosessi tapahtuu kaiken materiaalin läpi energianvaihdon avulla lähellä olevien hiukkasten välillä, toisin sanoen hiukkasten välillä vieressä. Johtumismekanismi tapahtuu, kun molekyylit tai atomit, jotka ovat korkeammassa lämpötilassa, siirtävät osan energiasta läheisiin molekyyleihin tai atomiin, jotka ovat pienemmällä energialla. Siksi sanomme, että energia siirtyy korkean lämpötilan alueelta matalan lämpötilan alueelle. Lämmönjohtavuus tähtää materiaalin termiseen tasapainoon.
Esittelemme nyt lämmönjohtavuutta säätelevän lain, joka tunnetaan myös nimellä Fourierin laki. Se on nimetty tutkijan mukaan, joka ensin tutki yksityiskohtaisesti lämmön siirtymistä johtumalla.
Yllä olevassa kuvassa on metallitanko, joka on kytketty kahteen astiaan, joista toinen sisältää kiehuvaa vettä ja toinen sisältää veden ja jääseosta. Kuvasta nähdään, että palkki on eristetty sivusuunnassa.
Joseph Fourier onnistui kokeiden avulla havaitsemaan, että lämpötila vaihtelee lineaarisesti koko pylväässä, toisin sanoen päistä toiseen. Siksi lämmön virtaus
tangon poikki on verrannollinen tangon A-alueen pinta-alaan ja lämpötilaeroon, AT = Tf - Ti, kahden pään välillä; ja kääntäen verrannollinen tangon pituuteen L. Katso alla oleva kuva:
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Voimme matemaattisesti määritellä, että lämpövuo ei ole muuta kuin lämmön osamäärä Q leviää kasvoilta toiselle lämpötila-alueella. Joten lämpövirta määritetään seuraavasti:
Analyyttisesti Fourierin laki tai lämmönjohtavuuslaki voidaan ilmaista seuraavasti:
Yllä olevassa yhtälössä k on materiaalista riippuva vakio ja sitä kutsutaan lämmönjohtokyky materiaalia. Tämän kertoimen arvo on korkea hyville lämmönjohtimille; ja matala huonille johtimille, jotka tunnetaan nimellä lämpöeristimet.
Kirjoittanut Domitiano Marques
Valmistunut fysiikasta
Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Fourierin laki"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lei-fourier.htm. Pääsy 27. kesäkuuta 2021.