Przewodnictwo

Przewodnictwo jest mechanizmem przekazywania ciepła, w którym energia termiczna przekazywana jest od jednego punktu do innego poprzez interakcję pomiędzy atomami lub cząsteczkami materii. Przewodnictwo zachodzi w ciałach stałych, cieczach i gazach.

Przewodnictwo nie obejmuje jakichkolwiek ruchów masowych materii. Gazy przenoszą ciepło poprzez bezpośrednie zderzania pomiędzy posiadającymi energię cząsteczkami, a ich współczynnik przewodzenia ciepła jest niski w porównaniu z ciałami stałymi, ponieważ są one ośrodkami o dużym rozproszeniu. Przewodzenie energii w cieczach jest takie samo jak w gazach z tym, że sytuacja jest znacznie bardziej złożona, ponieważ cząsteczki znajdują się w mniejszych odległościach od siebie, a pola sił cząsteczkowych wywierają silny wpływ na wymianę energii w procesach zderzeniowych. Niemetaliczne ciała stały przenoszą ciepło przez drgania sieci krystalicznej, tak więc nie występuje żaden ruch ośrodka podczas propagacji ciepła w nim. Metale są lepszymi przewodnikami niż niemetale w normalnych temperaturach ponieważ zawierają swobodne elektrony, które przenoszą energię termiczną.

Przenoszenie ciepła przez przewodnictwo zachodzi zgodnie z prawem Fouriera, które stwierdza, że natężenie przewodzenia ciepła Qprzew. jest proporcjonalne do powierzchni przekazywania ciepła A i gradientu temperatury (dT/dx) lub:

Qprzew. = -K A (dT/dx)

gdzie K, współczynnik przewodzenia ciepła, stanowi miarę zdolności materiału do przewodzenia ciepła. Jednostką K jest W/m.oC lub (BTU/s)/cal.oF. Dla ukazanej niżej warstwy planarnej natężenie przewodzenia ciepła jest dane wzorem

Q przew. = - K A ( T H - T C)/L

Ten rysunek ukazuje zakres wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla cieczy, niemetalicznych ciał stałych i czystych metali przy normalnej temperaturze i ciśnieniu.

Zależność współczynnika przewodzenia ciepła od temperatury (K)

Dla większości materiałów K zmienia się wraz z temperaturą. Wrasta ze wzrostem temperatury w gazach pod niskim ciśnieniem, lecz może wzrastać lub spadać w metalach lub cieczach.

Poniższa tabela wyszczególnia współczynniki przewodzenia ciepła (W/(m.oK) względem temperatury /oK) dla wybranych materiałów: