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

Q_przew. = - K A (dT/dx)

gdzie K, współczynnik przewodzenia ciepła, stanowi miarę zdolności materiału do przewodzenia ciepła. Jednostką K jest W/mºC lub (Btu/s)/calºF. Dla pokazanej niżej warstwy planarnej natężenie przewodzenia ciepła jest wyrażone wzorem

Q_przew. = - K A (T_H - T_C)/L

Na poniższym rysunku przedstawiono zakres wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla cieczy, niemetalicznych ciał stałych i czystych metali przy normalnych wartościach temperatury i ciśnienia.