När vi studerade värmeöverföringen genom ledning såg vi att denna värmeöverföringsprocess inträffar genom allt material genom utbyte av energi mellan närliggande partiklar, det vill säga mellan partiklar intilliggande. Ledningsmekanismen uppstår när molekyler eller atomer som har en högre temperatur överför en del av energin till närliggande molekyler eller atomer som har lägre energi. Således säger vi att energi överförs från regionen med hög temperatur till regionen med låg temperatur. Värmeledning syftar till materialets termiska balans.
Vi ska nu presentera lagen som styr värmeledning, även känd som Fouriers lag. Det är uppkallat efter forskaren som först studerade i detalj överföring av värme genom ledning.
I figuren ovan har vi en metallstång ansluten till två behållare, den ena innehåller kokande vatten och den andra innehåller en blandning av vatten och is. Från figuren ser vi att baren är i sidled isolerad.
Joseph Fourier lyckades genom experiment observera att temperaturen varierar linjärt i hela stapeln, det vill säga från ena änden till den andra. Därför värmeflödet
tvärs över stapeln är proportionell mot arean i fältets sektion A och temperaturskillnaden, AT = Tf - Ti, mellan de två ändarna; och omvänt proportionell mot stångens längd, L. Se figuren nedan:
Vi kan matematiskt definiera att värmeflöde inte är något annat än värmekvoten F överförs från ett ansikte till ett annat över ett temperaturintervall. Så värmeflödet definieras av:
Analytiskt kan Fouriers lag, eller värmeledningslagen, uttryckas som:
I ekvationen ovan, k är en materialberoende konstant och kallas värmeledningsförmåga av material. Värdet på denna koefficient är högt för goda värmeledare; och lågt för dåliga ledare, så kallade värmeisolatorer.
Av Domitiano Marques
Examen i fysik
