กฎของฟูริเยร์ ภาพรวมของกฎฟูริเยร์

เมื่อเราศึกษาการถ่ายเทความร้อนโดยการนำ เราพบว่ากระบวนการถ่ายเทความร้อนนี้เกิดขึ้น ผ่านวัสดุทั้งหมดโดยการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างอนุภาคใกล้เคียงนั่นคือระหว่างอนุภาค ที่อยู่ติดกัน กลไกการนำเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลหรืออะตอมที่อยู่ที่อุณหภูมิสูงกว่าถ่ายโอนพลังงานบางส่วนไปยังโมเลกุลใกล้เคียงหรืออะตอมที่มีพลังงานต่ำกว่า ดังนั้นเราจึงกล่าวว่าพลังงานถูกถ่ายโอนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ การนำความร้อนมุ่งเป้าไปที่ความสมดุลทางความร้อนของวัสดุ

ตอนนี้เรากำลังจะนำเสนอกฎหมายที่ควบคุมการนำความร้อนหรือที่เรียกว่ากฎฟูริเยร์ ได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษารายละเอียดการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อนเป็นครั้งแรก

ในรูปด้านบน เรามีแท่งโลหะที่เชื่อมต่อกับภาชนะสองใบ ภาชนะหนึ่งบรรจุน้ำเดือด และอีกอันบรรจุน้ำและน้ำแข็ง จากรูปจะเห็นว่าแถบถูกแยกออกด้านข้าง

จากการทดลอง โจเซฟ ฟูริเยร์สามารถสังเกตได้ว่าอุณหภูมิแปรผันเป็นเส้นตรงตลอดทั้งแท่ง กล่าวคือ จากปลายข้างหนึ่งไปอีกปลายอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นความร้อนจะไหล  ข้ามแถบเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของส่วน A ของแถบและความแตกต่างของอุณหภูมิ ΔT = T_ฉ - T_ผม, ระหว่างปลายทั้งสอง; และแปรผกผันกับความยาว L ของแท่ง ดูรูปด้านล่าง:

เราสามารถกำหนดทางคณิตศาสตร์ได้ว่าฟลักซ์ความร้อนไม่มีอะไรมากไปกว่าความฉลาดทางความร้อน คิว ถ่ายทอดจากหน้าหนึ่งไปอีกหน้าหนึ่งในช่วงอุณหภูมิ ดังนั้นฟลักซ์ความร้อนจึงถูกกำหนดโดย:

ในเชิงวิเคราะห์ กฎฟูริเยร์หรือกฎการนำความร้อน สามารถแสดงได้ดังนี้:

ในสมการข้างต้น k เป็นค่าคงที่ที่ขึ้นกับวัสดุและเรียกว่า การนำความร้อน ของวัสดุ ค่าสัมประสิทธิ์นี้สูงสำหรับตัวนำความร้อนที่ดี และต่ำสำหรับตัวนำที่ไม่ดี เรียกว่าฉนวนความร้อน

โดย Domitiano Marques
จบฟิสิกส์