Amikor megvizsgáltuk a hőátadást vezetéssel, láttuk, hogy ez a hőátadási folyamat bekövetkezik az összes anyagon keresztül a közeli részecskék, vagyis a részecskék közötti energiacserén keresztül szomszédos. A vezetési mechanizmus akkor következik be, amikor a magasabb hőmérsékletű molekulák vagy atomok az energia egy részét átadják a közeli, alacsonyabb energiájú molekuláknak vagy atomoknak. Így azt mondjuk, hogy az energia a magas hőmérsékletű régióból az alacsony hőmérsékletű régióba kerül. A hővezetés az anyag hőegyensúlyára irányul.
Most bemutatjuk a hővezetést szabályozó törvényt, más néven Fourier-törvényt. Nevét arról a tudósról kapta, aki először részletesen tanulmányozta a hő átadását vezetőképesség útján.
A fenti ábrán van egy fémrúd, amely két tartályhoz van csatlakoztatva, az egyik forrásban lévő vizet, a másik a víz és a jég keverékét tartalmazza. Az ábrán láthatjuk, hogy a rúd oldalirányban elszigetelt.
Joseph Fourier kísérletekkel sikerült megfigyelni, hogy a hőmérséklet lineárisan változik az egész oszlopban, vagyis egyik végétől a másikig. Ezért a hőáram
a rúd keresztmetszete arányos a rúd A szakaszának területével és a hőmérséklet-különbséggel, ΔT = Tf - Tén, a két vég között; és fordítottan arányos a rúd hosszával (L). Lásd az alábbi ábrát:
Matematikailag meghatározhatjuk, hogy a hőáram nem más, mint a hő hányadosa Q hőmérséklettartományban egyik oldalról a másikra továbbítva. Tehát a hőáramot a következők határozzák meg:
Analitikai szempontból a Fourier-törvény vagy a hővezetési törvény a következőképpen fejezhető ki:
A fenti egyenletben k anyagfüggő állandó és hívják hővezető anyagból. Ennek az együtthatónak az értéke jó hővezetők esetén magas; és alacsony a rossz vezetők esetében, amelyek hőszigetelőként ismertek.
Írta: Domitiano Marques
Fizikából végzett