Przewodzenie ciepła w ciałach stałych jest pod wieloma względami podobne do przewodzenia prądu elektrycznego w przewodnikach elektrycznych. Przepływ prądu elektrycznego w przewodniku jest wywoływany różnicą napięć. Podobnie przepływ ciepła jest wywoływany różnicą temperatur. W przewodnictwie elektrycznym ładunek elektryczny jest transportowany od jednego punktu w przewodniku do drugiego poprzez ruch elektronów. W przewodnictwie cieplnym ciepło jest transportowane od jednego punktu ciała stałego do innego poprzez drgania cząsteczek ciała stałego spowodowane ich zwiększoną energię.
Przewodzenie ciepła podlega prawu Fouriera, które stwierdza, że: natężenie przekazywania ciepła (Q) pomiędzy dwoma wystarczająco bliskimi punktami w ośrodku jest proporcjonalne do różnicy temperatur między tymi punktami (T1-T2) podzielonej przez ich odległość (Δx) oraz powierzchni normalnej do kierunku przepływu ciepła (A). Współczynnik proporcjonalności nosi nazwę współczynnika przewodzenia ciepła przewodzenia ciepła materiału (k). Zdanie to można zapisać matematycznie w następujący sposób:
Q = k A (T1 - T2)/Δx
gdzie Q jest natężeniem przekazywania ciepła w watach.
Przepływem prądu elektrycznego rządzi prawo Ohma, które stwierdza, że prąd elektryczny (I) płynący pomiędzy dwoma punktami w przewodniku jest równy różnicy potencjałów pomiędzy tymi punktami (V1-V2) podzielonej przez opór elektryczny pomiędzy punktami (R). Prawo Ohma można zapisać jako:
I = ( V1- V2 )/R
Powyższe równania sugerują istnienie następujących analogii:
| Przewodnictwo cieplne
|
Przewodnictwo elektryczne
|
|---|
| Natężenie przepływu ciepła: Q
|
Prąd elektryczny: I
|
| Różnica temperatur: ΔT = T1 - T2
|
Różnica potencjałów: ΔV = V1 - V2
|
| Opór termiczny: Rtermiczny = Δx/(kA)
|
Opór elektryczny = R
|
Poniższy rysunek ilustruje analogię pomiędzy tymi dwoma zjawiskami.
