Katılardaki ısı kondüksiyonu, elektriksel iletkenlerdeki elektrik kondüksiyonuyla birçok yönden benzerlik taşır. İletkenlerde elektrik akışı, bir potansiyel farkından kaynaklanırken ısı akışı da bir sıcaklık farkından kaynaklanmaktadır. Elektrik kondüksiyonunda elektrik yükü, iletkendeki bir noktadan başka bir noktaya elektronların hareketi vasıtasıyla taşınır. Termal kondüksiyonda ısı, katının bir noktasından başka bir noktaya katının moleküllerinde artan enerji nedeniyle meydana gelen titreşim vasıtasıyla aktarılır.
Isı kondüksiyonu, şu ifadeleri öne süren Fourier kanununa uygun şekilde gerçekleşir: Bir ortamda birbirine yeterince yakın iki nokta arasındaki ısı aktarım hızı (Q), iki nokta arasındaki sıcaklık farkının (T1-T2), aradaki mesafeye (Δx) bölümüyle ve ısı akışı yönüne dik alanla (A) orantılıdır. Orantılılık sabitine, malzemenin termal iletkenlik katsayısı (k) adı verilir. Matematiksel olarak şu şekilde ifade edilebilir:
Q = k A ( T1 - T2 )/Δx
Burada Q, Watt cinsinden ısı aktarım hızıdır.
Elektrik akımı akışı, Ohm kanuna uygun şekilde gerçekleşir ve buna göre: Bir iletkendeki iki nokta arasında akan elektrik akımı (I), iki nokta arasındaki potansiyel farkı (V1-V2) değerinin, bu iki nokta arasındaki elektrik direncine (R) bölümüne eşittir. Ohm kanunu şu şekilde ifade edilebilir:
I = ( V1-V2 )/R
Yukarıdaki denklemler aşağıdaki benzerliğin gerçek olduğunu ortaya koymaktadır:
| Termal Kondüksiyon |
Elektrik Kondüksiyonu |
|---|
| Isı akış hızı: Q |
Elektrik akımı: I |
| Sıcaklık farkı: ΔT = T1 - T2 |
Potansiyel farkı: ΔV = V1 - V2 |
| Termal direnç: Rtermal = Δx/(kA) |
Elektrik direnci = R |
Aşağıdaki şekilde iki olgu arasındaki benzerlik gösterilmektedir.
