Пример вођења топлоте

Вожња је заједно са конвекција и зрачење, један од три механизма за пренос топлоте. То је пренос енергије из енергичнијих честица супстанце у суседне мање енергетске, као резултат интеракција између ових честица. Провођење се може одвијати у било ком физичком стању, било да је у чврстом стању, течном или гасном. У гасовима и течностима, проводљивост је последица судара и дифузије молекула током њиховог случајног кретања. У чврстим супстанцама је то последица комбинације вибрација молекула у решетци и транспорта енергије слободним електронима. На пример, доћи ће време када се хладно пиће из конзерве у топлој соби загреје на собну температуру. као резултат преноса топлоте проводањем, од просторије до напитка, кроз алуминијум који чини моћи.

Брзина провођења топлоте кроз медијум зависи од геометријске конфигурације ово, његова дебљина и материјал од којег је направљен, као и разлика у температури попречно он. Умотавање резервоара за топлу воду стаклопластиком, која је изолациони материјал, познато је да смањује стопу губитка топлоте из тог резервоара. Што је изолација гушћа, губитак топлоте је мањи. Такође је познато да ће резервоар за топлу воду губити топлоту већом брзином када се снизи температура просторије у којој је смештена. Такође, што је већи резервоар, већа је површина и последично брзина губитка топлоте.

Стационарно провођење топлоте (које остаје константно и без очигледних флуктуација) топлоте може се разматрати кроз велики равни зид дебљине Δк = Л и површине А. Разлика у температури са једне на другу страну зида је ΔТ = Т₂-Т₁. Експерименти су показали да се брзина преноса топлоте К кроз зид удвостручује када се температурна разлика ΔТ удвостручи са једне на другу. са друге његове стране, или пак, површина А окомита на смер преноса топлоте је удвостручена, али је преполовљена када дебљина Л Зид. Стога се закључује да је брзина провођења топлоте кроз равни слој пропорционална разлици температуре кроз њега и на подручје преноса топлоте, али је обрнуто пропорционална дебљини тог слоја; представљен је следећом једначином:

Где је константа пропорционалности к Топлотна проводљивост материјала, што је мера способности материјала да спроводи топлоту. У граничном случају Δка0, претходна једначина се своди на свој диференцијални облик:

Диференцијална манифестација се назива Фуријеов закон о спровођењу топлоте, у част Ј. Фурије, који га је први пут изразио у свом тексту о преносу топлоте 1822. године. Позива се дТ / дк део Градиент температуре, који је нагиб температурне криве на Т-к дијаграму, односно брзина промене температуре у односу на к, дебљину материјала, на месту к. У закључку, Фуријеов закон спровођења топлоте указује да је брзина проводљивости топлоте у једном правцу пропорционална градијенту температуре у том правцу. Топлота се спроводи у смеру опадања температуре и градијент температуре постаје негативан када се он смањује са повећањем к. Негативан знак у једначинама гарантује да је пренос топлоте у позитивном к правцу позитивна величина.

Подручје А преноса топлоте је увек окомито на смер тог преноса. На пример, за губитак топлоте кроз зид дугачак 5 метара, висок 3 метра и дебео 25 центиметара, површина преноса топлоте је А = 15 квадратних метара. Треба напоменути да дебљина зида не утиче на А.

Топлотна проводљивост

 Велика разноликост материјала различито складишти топлоту и дефинисано је својство Специфичне топлоте Ц._П. као мера способности материјала да складишти топлотну енергију. На пример, Ц._П.= 4,18 кЈ / Кг * ° Ц за воду и 0,45 кЈ / Кг * ° Ц за гвожђе, на собној температури, указује да вода може да ускладишти скоро 10 пута више енергије од гвожђа по јединици масе. Слично томе, топлотна проводљивост к је мера способности материјала да спроводи топлоту. На пример, к = 0,608 В / м * ° Ц за воду и 80,2 В / м * ° Ц за гвожђе, на собној температури, указује на то да гвожђе проводи топлоту више од 100 пута брже од воде. Због тога се каже да је вода лош проводник топлоте у односу на гвожђе, иако је вода одличан медијум за складиштење топлотне енергије.

Такође је могуће користити Фоуриеров закон проводљивости топлоте за дефинисање топлотне проводљивости као брзине пренос топлоте кроз јединицу дебљине материјала по јединици површине по јединици температурне разлике. Топлотна проводљивост материјала је мера способности материјала да спроводи топлоту. Висока вредност топлотне проводљивости указује да је материјал добар проводник топлоте, а ниска вредност да је лош проводник или да је Изолациони термичка.

Термичка дифузивност

 Још једно својство материјала које учествује у анализи проводљивости топлоте у прелазном режиму (или променљива) је топлотна дифузивност која представља брзину дифузије топлоте кроз материјал и дефинише се као настави:

Будући да је к нумератора, топлотна проводљивост и производ називника густине супстанце специфичном топлотом представљају топлотни капацитет. Топлотна проводљивост показује колико материјал добро проводи топлоту, а топлотни капацитет представља колико енергије материјал складишти по јединици запремине. Према томе, топлотна дифузивност материјала може се замислити као однос између топлоте проведене кроз материјал и топлоте ускладиштене по јединици запремине.

Материјал који има високу топлотну проводљивост или мали топлотни капацитет на крају има високу топлотну дифузивност. Што је већа топлотна дифузивност, то је брже ширење топлоте на медијум. С друге стране, мала вредност топлотне дифузивности значи да материјал углавном апсорбује топлоту и да ће се мала количина те топлоте даље спроводити.

На пример, топлотне дифузивности говедине и воде су идентичне. Логика лежи у чињеници да се месо, као и свеже поврће и воће, већином састоје од воде, и према томе имају своја термичка својства.