熱傳導的電學類比

實體的熱傳導與電導體中的導電性在許多方面上都很相似。在導體中,電流是由電位差推動,而熱流則是由溫差推動。在電流傳導中,電流是透過電子運動,從導體的一點傳送到另一點,而在熱傳導中,熱是透過實體分子在能量增加下振動,從實體的一點傳送到另一點。

熱傳導會遵守傅立葉定律。此定律陳述:介質中兩充分接近點間的熱傳遞速率 (Q) 與兩點間的溫差 (T1-T2) 除以兩點間距 (Δx) 及與熱流方向垂直的面積 (A) 成正比。此比例常數稱為材料熱傳導係數 (k)。此陳述的數學表示式如下:

Q = k A ( T1 - T2 )/Δx

其中 Q 是熱傳遞速率,單位為 Watts。

電流會遵守歐姆定律。此定律陳述:導體中兩點間的電流流動 (I) 等於兩點間的電位差 (V1-V2) 除以兩點間的電阻 (R)。歐姆定律的數學表示式如下:

I = ( V1- V2 )/R

上述公式指出下列類比成立:

熱傳導 電流傳導
熱流速率:Q 電流:I
溫差:ΔT = T1 - T2 電位差:ΔV = V1 - V2
熱阻力:Rthermal = Δx/(kA) 電阻 = R

下圖顯示兩現象之間的類比。