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:

$\frac{\partial Q}{\partial t} = -k \oint\limits_S{\nabla T \cdot \,dS}$

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)
• λ - 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:

• ∆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:

• d₂, d₁ - 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