Przewodzenie ciepła

Przewodzenie ciepła – proces wymiany ciepła między ciałami o różnej temperaturze pozostającymi ze sobą w bezpośrednim kontakcie. Polega on na przekazywaniu energii kinetycznej bezładnego ruchu cząsteczek w wyniku ich zderzeń. Proces prowadzi do wyrównania temperatury między ciałami. Przewodnictwem cieplnym nie jest przekazywanie energii w wyniku uporządkowanego (makroskopowego) ruchu cząstek.

Ciepło płynie tylko wtedy, gdy występuje różnica temperatur, w kierunku od temperatury wyższej do temperatury niższej. Z dobrym przybliżeniem dla większości substancji ilość energii przekazanej przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu jest proporcjonalna do różnicy temperatur, co opisuje równanie różniczkowe Fouriera:

${\frac {\partial Q}{\partial t}}=-\lambda \oint \limits _{A}{\nabla T\cdot \,dA}.$

Wzór ten dla jednorodnego przewodzenia ciepła przez cienką ściankę prostopadle do jej powierzchni w kierunku $x$ przyjmuje postać:

$Q=-\lambda A{\frac {dT}{dx}},$

gdzie:

$Q$ – natężenie przepływu ciepła (ilość ciepła wymieniona w jednostce czasu),

$\lambda$ – współczynnik przewodzenia ciepła,

$A$ – powierzchnia wymiany ciepła,

$T$ – temperatura.

Dla ustalonego przepływu ciepła przez ścianę płaską, po scałkowaniu, równanie Fouriera przyjmuje postać:

$Q={\frac {\lambda A}{d}}\Delta T,$

gdzie:

$\Delta T$ – różnica temperatur po obu stronach przewodnika ciepła,

$d$ – grubość ścianki przewodnika ciepła.

Dla ustalonego przepływu ciepła przez ściankę cylindryczną rury, przyjmuje postać:

$Q={\frac {2\pi L\lambda }{\ln(d_{2}/d_{1})}}\Delta T,$

gdzie:

$d_{2},d_{1}$ – odpowiednio średnica po stronie chłodniejszego i cieplejszego medium,

$L$ – długość rury.

Przewodzenie ciepła jest jednym z trzech rodzajów cieplnego przepływu energii. Pozostałe to:

• konwekcja
• promieniowanie cieplne