Kiedy badaliśmy przewodzenie ciepła przez przewodzenie, zauważyliśmy, że zachodzi ten proces wymiany ciepła przez cały materiał poprzez wymianę energii pomiędzy sąsiednimi cząstkami, czyli pomiędzy cząstkami sąsiadujący. Mechanizm przewodzenia występuje, gdy cząsteczki lub atomy o wyższej temperaturze przenoszą część energii na pobliskie cząsteczki lub atomy o niższej energii. Tak więc mówimy, że energia jest przenoszona z obszaru o wysokiej temperaturze do obszaru o niskiej temperaturze. Przewodzenie ciepła ma na celu równowagę cieplną materiału.
Przedstawimy teraz prawo rządzące przewodnictwem cieplnym, znane również jako prawo Fouriera. Jego nazwa pochodzi od naukowca, który jako pierwszy szczegółowo zbadał przekazywanie ciepła przez przewodzenie.
Na powyższym rysunku mamy metalowy pręt połączony z dwoma pojemnikami, z których jeden zawiera wrzącą wodę, a drugi mieszankę wody i lodu. Z rysunku widzimy, że pasek jest bocznie izolowany.
Joseph Fourier poprzez eksperymenty zdołał zaobserwować, że temperatura zmienia się liniowo w całym batonie, to znaczy od jednego końca do drugiego. Dlatego przepływ ciepła
w poprzek pręta jest proporcjonalna do powierzchni sekcji A pręta i różnicy temperatur, ΔT = Tfa - Tja, między dwoma końcami; i odwrotnie proporcjonalna do długości L pręta. Zobacz poniższy rysunek:
Możemy matematycznie zdefiniować, że strumień ciepła to nic innego jak iloraz ciepła heat Q przekazywane z jednej twarzy na drugą w zakresie temperatur. Zatem strumień ciepła jest określony przez:
Analitycznie prawo Fouriera, czyli prawo przewodnictwa cieplnego, można wyrazić jako:
W powyższym równaniu k jest stałą zależną od materiału i nazywa się przewodność cieplna materiału. Wartość tego współczynnika jest wysoka dla dobrych przewodników ciepła; i niski dla złych przewodników, znanych jako izolatory termiczne.
Autor: Domitiano Marques
Ukończył fizykę