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)
• 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