熱伝導の例

運転は一緒です 対流 そしてその 放射線、3つの熱伝達メカニズムの1つ。 これは、これらの粒子間の相互作用の結果として、物質のよりエネルギーの高い粒子から隣接するよりエネルギーの低い粒子へのエネルギーの移動です。 伝導は、固体、液体、気体など、あらゆる物理的状態で発生する可能性があります。 気体や液体では、伝導は分子のランダムな運動中の衝突と拡散によるものです。 固体では、それは格子内の分子の振動と自由電子によるエネルギーの輸送の組み合わせによるものです。 たとえば、暖かい部屋で冷たい缶入りの飲み物が室温まで温まる時が来るでしょう。 部屋から飲料への伝導による熱伝達の結果として、 できる。

媒体を通る熱伝導の速度は、 これ、その厚さとそれが作られている材料、そして全体の温度差 彼。 温水タンクを断熱材であるグラスファイバーで包むと、そのタンクからの熱損失率が低下することが知られています。 断熱材が厚いほど、熱損失は少なくなります。 温水タンクは、それが収容されている部屋の温度が下がると、より高い割合で熱を失うことも知られています。 また、タンクが大きいほど、表面積が大きくなり、その結果、熱損失率が大きくなります。

熱の定常状態の伝導（一定のままで、明らかな変動がない）は、厚さΔx= Lおよび面積Aの大きな平らな壁を通して考えることができます。 壁の片側から反対側への温度差はΔT= Tです。₂-T₁. 実験では、温度差ΔTが一方から他方に2倍になると、壁を通過する熱伝達率Qが2倍になることが示されています。 その反対側、またはそうでなければ、熱伝達の方向に垂直な面積Aは2倍になりますが、 壁。 したがって、平坦な層を通る熱伝導の速度は、差に比例すると結論付けられます それを通してそして熱伝達の領域への温度の、しかしそれはその層の厚さに反比例します; 次の式で表されます。

ここで、比例定数kは 熱伝導率 材料の熱を伝導する能力の尺度である材料の。 Δxà0の極限の場合では、前の方程式は微分形式になります。

示差症状はと呼ばれます フーリエの熱伝導の法則、Jに敬意を表して。 フーリエは、1822年に熱伝達に関する彼のテキストで最初にそれを表現しました。 dT / dx部分はと呼ばれます 温度勾配、これはT-xダイアグラムの温度曲線の傾き、つまり、位置xでの材料の厚さであるxに対する温度の変化率です。 結論として、フーリエの熱伝導の法則は、一方向の熱伝導率がその方向の温度勾配に比例することを示しています。 熱は温度が下がる方向に伝導され、後者がxの増加とともに下がると、温度勾配は負になります。 方程式の負の符号は、正のx方向の熱伝達が正の量であることを保証します。

熱伝達の領域Aは、常にその伝達の方向に垂直です。 たとえば、長さ5メートル、高さ3メートル、厚さ25センチメートルの壁を通過する熱損失の場合、伝熱面積はA = 15平方メートルです。 壁の厚さはAに影響を与えないことに注意してください。

熱伝導率

 材料の多様性により熱の貯蔵方法が異なり、比熱Cの特性が定義されています。_P 熱エネルギーを蓄える材料の能力の尺度として。 たとえば、C_P= 4.18 kJ / Kg *°C（水）、0.45 kJ / Kg *°C（鉄）は、室温で、水が単位質量あたり鉄のほぼ10倍のエネルギーを蓄えることができることを示しています。 同様に、熱伝導率kは、熱を伝導する材料の能力の尺度です。 たとえば、室温で、水の場合はk = 0.608 W / m *°C、鉄の場合は80.2 W / m *°Cは、鉄が水より100倍以上速く熱を伝導することを示します。 したがって、水は熱エネルギーを蓄えるための優れた媒体ですが、水は鉄に比べて熱伝導が悪いと言われています。

フーリエの熱伝導の法則を使用して、熱伝導率を速度として定義することもできます。 単位温度差あたりの単位面積あたりの材料の単位厚さを介した熱伝達。 材料の熱伝導率は、熱を伝導する材料の能力の尺度です。 熱伝導率の値が高い場合は、材料が熱伝導率が高いことを示し、値が低い場合は、伝導率が低いか、熱伝導率が低いことを示します。 絶縁 熱の。

熱拡散率

 一時的な領域での熱伝導の分析に関与する材料の別の特性（または 変化）は熱拡散率であり、熱が材料全体に拡散する速度を表し、次のように定義されます。 続ける：

分子のkである熱伝導率、および比熱による物質の密度の分母の積は、熱容量を表します。 熱伝導率は、材料がどれだけ熱を伝導するかを示し、熱容量は、材料が単位体積あたりに蓄えるエネルギー量を表します。 したがって、材料の熱拡散率は、材料を介して伝導される熱と単位体積あたりに蓄えられる熱との比率として考えることができます。

熱伝導率が高い、または熱容量が小さい材料は、最終的には熱拡散率が高くなります。 熱拡散率が高いほど、媒体への熱伝播が速くなります。 一方、熱拡散率の値が小さいということは、ほとんどの場合、熱が材料によって吸収され、その熱の少量がさらに伝導されることを意味します。

たとえば、牛肉と水の熱拡散率は同じです。 論理は、肉だけでなく、新鮮な野菜や果物も水の大部分を占めており、その結果、その熱特性を持っているという事実にあります。