Αγωγή θερμότητας
Αγωγή θερμότητας (ή θερμική αγωγιμότητα) είναι η μετακίνηση θερμότητας από ένα αντικείμενο σε ένα άλλο που έχει διαφορετική θερμοκρασία, όταν αυτά αγγίζουν το ένα το άλλο. Για παράδειγμα, μπορούμε να ζεστάνουμε τα χέρια μας αγγίζοντας θερμοφόρες. Όταν τα κρύα χέρια αγγίζουν τη φιάλη ζεστού νερού, η θερμότητα ρέει από το θερμότερο αντικείμενο (φιάλη ζεστού νερού) στο ψυχρότερο (χέρι). Οι άνθρωποι κατασκευάζουν πράγματα με διαφορετική θερμική αγωγιμότητα, για παράδειγμα μαγειρικά σκεύη για να ζεσταίνουν πράγματα ή μονωμένα δοχεία για να διατηρούν τα ζεστά πράγματα ζεστά ή τα κρύα πράγματα κρύα.
Άλλοι τρόποι μεταφοράς θερμότητας είναι η θερμική ακτινοβολία ή/και η συναγωγή. Συνήθως συμβαίνουν ταυτόχρονα περισσότερες από μία από αυτές τις διαδικασίες.
Ακουμπώντας μια θερμοφόρα, λαμβάνουμε θερμότητα με αγωγή.
Μικροσκοπική εξήγηση
Σύμφωνα με την ατομική θεωρία, τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται "άτομα". Η θερμοκρασία του υλικού μετράει πόσο γρήγορα κινούνται τα άτομα και η θερμότητα μετράει το συνολικό ποσό της ενέργειας που οφείλεται στη δόνηση των ατόμων.
Η αγωγή μπορεί να συμβεί όταν ένα μέρος ενός υλικού θερμαίνεται. Τα άτομα σε αυτό το τμήμα δονούνται ταχύτερα και είναι πιο πιθανό να χτυπήσουν τα γειτονικά τους άτομα. Οι συγκρούσεις αναγκάζουν τα άτομα αυτά να κινηθούν επίσης ταχύτερα, μεταφέροντας τη θερμική ενέργεια σε αυτά. Με αυτόν τον τρόπο η ενέργεια ταξιδεύει μέσα στο στερεό. (Μάλλον όπως ο τρόπος με τον οποίο η ενέργεια περνάει κατά μήκος ενός σετ από ντόμινο που αναποδογυρίζει).
Η ατομική εικόνα εξηγεί επίσης γιατί η αγωγιμότητα είναι πιο σημαντική στα στερεά: στα στερεά τα άτομα είναι κοντά μεταξύ τους και δεν μπορούν να μετακινηθούν. Στα υγρά και στα αέρια τα σωματίδια μπορούν να κινηθούν το ένα δίπλα στο άλλο, οπότε οι συγκρούσεις είναι λιγότερο συχνές.
Νόμος της θερμικής αγωγιμότητας
Ο νόμος της θερμικής αγωγιμότητας, γνωστός και ως νόμος του Fourier, σημαίνει ότι ο ρυθμός, σε χρόνο, της μεταφοράς θερμότητας μέσω ενός υλικού είναι ανάλογος της αρνητικής κλίσης της θερμοκρασίας και της επιφάνειας κάθετα προς την κλίση αυτή, μέσω της οποίας ρέει η θερμότητα:
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\partial Q}{\partial t}}=-k\oint _{S}{\nabla T\cdot \,dS}} 
όπου:
Q είναι το ποσό της μεταφερόμενης θερμότητας και
t είναι ο χρόνος που απαιτείται, και
k είναι η θερμική αγωγιμότητα του υλικού" και
S είναι η επιφάνεια μέσω της οποίας ρέει η θερμότητα, και
Τ είναι η θερμοκρασία.
Η θερμική αγωγιμότητα συνήθως μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία, αλλά η μεταβολή μπορεί να είναι μικρή, σε ένα σημαντικό εύρος θερμοκρασιών, για ορισμένα κοινά υλικά.
Γραμμική ροή θερμότητας
Σχετικές σελίδες
- Μεταφορά θερμότητας
- Συναγωγή
- Θερμική ακτινοβολία
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι η αγωγή θερμότητας;
A: Αγωγή θερμότητας είναι η μεταφορά θερμότητας μεταξύ δύο αντικειμένων διαφορετικών θερμοκρασιών, όταν αυτά έρχονται σε επαφή μεταξύ τους.
Ερ: Μπορεί να συμβεί αγωγή θερμότητας μεταξύ αντικειμένων της ίδιας θερμοκρασίας;
A: Όχι, η αγωγή θερμότητας συμβαίνει μόνο μεταξύ αντικειμένων που έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες.
Ερ: Ποιο είναι ένα παράδειγμα αγωγής θερμότητας;
Α: Ένα παράδειγμα αγωγής θερμότητας είναι η θέρμανση των χεριών σας αγγίζοντας μια θερμοφόρα. Όταν τα ψυχρότερα χέρια έρχονται σε επαφή με το θερμότερο μπουκάλι νερού, η θερμότητα ρέει από το θερμότερο αντικείμενο στο ψυχρότερο.
Ερ: Ποια είναι ορισμένα υλικά με διαφορετική θερμική αγωγιμότητα;
Α: Τα μαγειρικά σκεύη μπορεί να είναι κατασκευασμένα από υλικά με διαφορετική θερμική αγωγιμότητα, καθώς και τα μονωμένα δοχεία για ζεστά ή κρύα αντικείμενα.
Ερ: Υπάρχουν και άλλοι τρόποι εκτός από την αγωγιμότητα για τη μεταφορά θερμότητας;
Α: Ναι, η θερμότητα μπορεί επίσης να μεταφερθεί μέσω ακτινοβολίας και συναγωγής.
Ερ: Όλες οι διαδικασίες μεταφοράς θερμότητας συμβαίνουν ξεχωριστά;
Α: Όχι, συνήθως περισσότερες από μία από αυτές τις διαδικασίες μεταφοράς θερμότητας (αγωγιμότητα, ακτινοβολία και συναγωγή) συμβαίνουν ταυτόχρονα.
Ερ: Μπορεί να συμβεί μεταφορά θερμότητας στο κενό;
Α: Ναι, η μεταφορά θερμότητας μέσω ακτινοβολίας μπορεί να συμβεί στο κενό. Με αυτόν τον τρόπο η θερμότητα του Ήλιου φτάνει στη Γη.
