Przewodzenie ciepła
Przewodzenie ciepła (lub przewodnictwo cieplne) polega na przenoszeniu ciepła z jednego obiektu do drugiego, który ma inną temperaturę, gdy obiekty te dotykają się wzajemnie. Na przykład, możemy ogrzać nasze ręce dotykając butelki z gorącą wodą. Kiedy zimne dłonie dotykają butelki z gorącą wodą, ciepło przepływa z gorętszego obiektu (butelki z gorącą wodą) do zimniejszego (dłoni). Ludzie wytwarzają rzeczy o różnej przewodności cieplnej, na przykład naczynia do gotowania, aby podgrzewać rzeczy lub izolowane pojemniki, aby utrzymać ciepło gorących rzeczy lub zimno zimnych.
Inne sposoby przekazywania ciepła to promieniowanie cieplne i/lub konwekcja. Zazwyczaj więcej niż jeden z tych procesów zachodzi w tym samym czasie.
Dotykając butelki z gorącą wodą, otrzymujemy ciepło przez przewodzenie.
Wyjaśnienie mikroskopowe
W teorii atomistycznej ciała stałe, ciecze i gazy składają się z maleńkich cząsteczek zwanych "atomami". Temperatura materiału jest miarą szybkości poruszania się atomów, a ciepło jest miarą całkowitej ilości energii wynikającej z wibracji atomów.
Przewodzenie może wystąpić, gdy jedna część materiału jest podgrzewana. Atomy w tej części wibrują szybciej i są bardziej skłonne do zderzania się z sąsiadami. Zderzenia powodują, że te atomy również poruszają się szybciej, przekazując im energię cieplną. W ten sposób energia przemieszcza się przez ciało stałe. (Przypomina to raczej sposób, w jaki energia przemieszcza się po zestawie przewracających się domino).
Obraz atomu pomaga również wyjaśnić, dlaczego przewodzenie jest ważniejsze w ciałach stałych: w ciałach stałych atomy są blisko siebie i nie mogą się poruszać. W cieczach i gazach cząsteczki mogą się poruszać obok siebie, więc zderzenia są rzadsze.
Prawo przewodzenia ciepła
Prawo przewodzenia ciepła, znane również jako prawo Fouriera, oznacza, że szybkość, w czasie, przekazywania ciepła przez materiał jest proporcjonalna do ujemnego gradientu temperatury i do powierzchni pod kątem prostym do tego gradientu, przez którą przepływa ciepło:
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {displaystyle {frac {partial Q}{partial t}}=-k Q ∂ t ⋅ d S} 
gdzie:
Q to ilość przekazanego ciepła, a
t oznacza czas, a
k jest przewodnością cieplną materiału", a
S jest powierzchnią, przez którą przepływa ciepło, oraz
T to temperatura.
Przewodność cieplna zazwyczaj zmienia się w zależności od temperatury, ale w przypadku niektórych popularnych materiałów zmiana ta może być niewielka w znacznym zakresie temperatur.
Liniowy przepływ ciepła
Powiązane strony
- Wymiana ciepła
- Convection
- Promieniowanie cieplne
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest przewodzenie ciepła?
O: Przewodzenie ciepła to przenoszenie ciepła pomiędzy dwoma obiektami o różnych temperaturach, gdy stykają się one ze sobą.
P: Czy przewodzenie ciepła może zachodzić między obiektami o tej samej temperaturze?
O: Nie, przewodzenie ciepła zachodzi tylko między obiektami o różnych temperaturach.
P: Jaki jest przykład przewodzenia ciepła?
O: Przykładem przewodzenia ciepła jest ogrzanie rąk poprzez dotknięcie butelki z gorącą wodą. Kiedy zimne dłonie wchodzą w kontakt z butelką z gorącą wodą, ciepło przepływa z gorętszego obiektu do zimniejszego.
P: Jakie są materiały o różnej przewodności cieplnej?
O: Naczynia kuchenne mogą być wykonane z materiałów o różnej przewodności cieplnej, podobnie jak izolowane pojemniki na gorące lub zimne przedmioty.
P: Czy istnieją inne sposoby przenoszenia ciepła niż przewodzenie?
O: Tak, ciepło może być również przenoszone przez promieniowanie i konwekcję.
P: Czy wszystkie procesy wymiany ciepła zachodzą osobno?
O: Nie, zazwyczaj więcej niż jeden z tych procesów wymiany ciepła (przewodzenie, promieniowanie i konwekcja) zachodzi w tym samym czasie.
P: Czy wymiana ciepła może zachodzić w próżni?
O: Tak, wymiana ciepła poprzez promieniowanie może zachodzić w próżni. W ten sposób ciepło słoneczne dociera do Ziemi.
