Теплопровідність закон Фур'є

{Теплопрові́дність}

Теплопрові́дність — здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності: фізична величина, що характеризує інтенсивність теплообміну в речовині, яка дорівнює відношенню густини теплового потоку до градієнта температури^[1].

Зміст

[сховати]

Загальний опис[ред. • ред. код]

Явище теплопровідності полягає в тому, що кінетична енергія атомів й молекул, яка визначає температуру тіла, передається атомам і молекулам у тих областях тіла, де температура нижча.

Теплопровідність не єдиний шлях, яким тепло передається від тіла з вищою температурою, до тіла з нижчою температурою. Така теплопередача може також відбуватися за рахунок теплового випромінювання і конвекції. Різниця між теплопровідністю й конвекцією в тому, що при конвекції тепло переноситься разом із речовиною, а при теплопровідності переносу речовини немає.

При теплопровідності величина потоку тепла визначається різницею температури між різними областями тіла. Кількісно теплопровідність характеризується коефіцієнтом теплопровідності $\kappa$ , який входить в рівняння (закон Фур'є)

$\mathbf{q} = - \kappa \nabla T$ .

Тут $\mathbf{q}$ — тепловий потік, T — температура, $\nabla$ — оператор Гамільтона набла, яким позначається градієнт.

Коефіцієнт теплопровідності вимірюється у Вт/(м·K) або Вт·м^-1·K^-1.

Механізми теплопровідності[ред. • ред. код]

Найбільшу теплопровідність мають речовини, в яких тепло переноситься вільними електронами, що зумовлено їхньою малою масою. Саме тому теплопровідність металів зазвичай висока. В нагрітій області речовини є більше електронів із високою енергією, вони легко мігрують в холодніші області, й втрачають там енергію, розсіюючись на коливаннях кристалічної ґратки.Діелектрики, наприклад, кераміка, мають меншу теплопровідність, що робить їх зручними для виготовлення посуду. В діелектриках, де немає вільних електронів, тепло передається повільнішими коливаннями атомів. Гази, наприклад, повітря, мають малу теплопровідність, зважаючи на невелику густину молекул і доволі нечасті зіткнення між ними. В газах теплошвидше переноситься через конвекцію.

З огляду на це, добрими теплоізолюючими властивостями характеризуються матеріали, в яких багато порожнин, заповнених повітрям: вовна, вата, пінопласт тощо.

Коефіцієнти теплопровідності різних середовищ[ред. • ред. код]

Матеріал	Теплопровідність Вт/(м·K)
Графен	(4840 440) - (5300 480)
Алмаз	1000-2600
Срібло	430
Мідь	390
Латунь	111
Золото	320
Алюміній	236
Платина	70
Кварц	8
Скло	1
Вода	0.6
Вовна	0.05
Повітря (300 K, 100 kPa)	0.026
Перліт спучений	0,08—0,095

Зако́н Фур'є́ — напівемпіричний закон теплопровідності, який стверджує, що тепловий потік пропорційний градієнту температури