Da vi studerte varmeoverføringen ved ledning, så vi at denne varmeoverføringsprosessen skjer gjennom alt materialet gjennom utveksling av energi mellom nærliggende partikler, det vil si mellom partikler ved siden av. Ledningsmekanismen oppstår når molekyler eller atomer som har høyere temperatur overfører en del av energien til nærliggende molekyler eller atomer som har lavere energi. Dermed sier vi at energi overføres fra regionen med høy temperatur til lav temperatur. Varmeledning tar sikte på materialets termiske balanse.
Vi skal nå presentere loven som styrer varmeledning, også kjent som Fouriers lov. Den er oppkalt etter forskeren som først studerte i detalj overføring av varme ved ledning.
I figuren ovenfor har vi en metallstang koblet til to beholdere, den ene inneholder kokende vann og den andre inneholder en blanding av vann og is. Fra figuren ser vi at baren er lateralt isolert.
Gjennom eksperimenter klarte Joseph Fourier å observere at temperaturen varierer lineært i hele linjen, det vil si fra den ene enden til den andre. Derfor varmestrømmen
over linjen er proporsjonal med området av seksjon A i linjen og temperaturforskjellen, AT = Tf - TJeg, mellom de to endene; og omvendt proporsjonal med lengden, L, på stangen. Se figuren nedenfor:
Vi kan matematisk definere at varmestrømmen ikke er noe annet enn varmekvoten Spørsmål overføres fra ett ansikt til et annet over et temperaturområde. Så varmestrømmen er definert av:
Analytisk kan Fouriers lov, eller termisk ledningslov, uttrykkes som:
I ligningen ovenfor, k er en materialavhengig konstant og kalles termisk ledningsevne av materiale. Verdien av denne koeffisienten er høy for gode varmeledere; og lavt for dårlige ledere, kjent som varmeisolatorer.
Av Domitiano Marques
Uteksamen i fysikk
