Kada smo proučavali prijenos topline provođenjem, vidjeli smo da se taj proces prijenosa topline događa kroz sav materijal kroz razmjenu energije između obližnjih čestica, odnosno između čestica susjedni. Mehanizam provođenja događa se kada molekule ili atomi koji su na višoj temperaturi prenose dio energije na obližnje molekule ili atome koji su na nižoj energiji. Dakle, kažemo da se energija prenosi iz područja visoke temperature u područje niskih temperatura. Toplinska vodljivost ima za cilj toplinsku ravnotežu materijala.
Sada ćemo predstaviti zakon koji regulira toplinsku vodljivost, također poznat kao Fourierov zakon. Ime je dobio po znanstveniku koji je prvi detaljno proučavao prijenos topline provođenjem.
Na gornjoj slici imamo metalnu šipku povezanu s dva spremnika, jedan koji sadrži kipuću vodu, a drugi smjesu vode i leda. Sa slike vidimo da je šipka bočno izolirana.
Joseph Fourier je eksperimentima uspio primijetiti da temperatura linearno varira u cijeloj šipci, odnosno s jednog kraja na drugi. Stoga, protok topline
preko šipke proporcionalna je površini presjeka A šipke i temperaturnoj razlici, ΔT = Tf - Tja, između dva kraja; i obrnuto proporcionalno duljini šipke L. Pogledajte donju sliku:
Matematički možemo definirati da toplinski tok nije ništa drugo do količnik topline P prenosi se s jednog lica na drugo u rasponu temperatura. Dakle, toplinski tok definiran je sa:
Analitički, Fourierov zakon ili zakon toplinske vodljivosti može se izraziti:
U gornjoj jednadžbi, k je konstanta ovisno o materijalu i naziva se toplinska vodljivost materijala. Vrijednost ovog koeficijenta velika je za dobre vodiče topline; a niska za loše vodiče, poznate kao toplinski izolatori.
Napisao Domitiano Marques
Diplomirao fiziku
