热传导的电模拟

固体中的热传导在许多方面与电导体中的电传导相似。在导体中,电的流动是由电势差驱动,热的流动是由温差驱动。在电传导中,电荷通过电子的运动从导体中的一个点被传送到另一个点;在热传导中,热通过固体分子振动(由于固体能量的增加所引起)从固体的一个点被传送到另一个点。

热传导遵循傅立叶定律,该定律提出:介质中两个足够近的点之间的传热速率 (Q) 与这两点之间的温差 (T1-T2) 除以两点间的距离 (Δx) 所得的商以及垂直于热流方向的面积 (A) 成正比。比例常数称为材料的导热系数 (k)。在数学上,这一陈述可以写成:

Q = k A ( T1 - T2 )/Δx

其中 Q 是传热速率(瓦)。

电流的流动遵循欧姆定律,该定律提出:在导体中两点之间流动的电流 (I) 等于两点之间的电势差 (V1-V2) 除以这两点之间的电阻 (R)。欧姆定律可以写成:

I = ( V1 - V2 )/R

以上等式表明下列模拟成立:

热传导 电传导
热流速率:Q 电流:I
温差:ΔT = T1 - T2 电势差:ΔV = V1 - V2
热阻:热阻 = Δx/(kA) 电阻 = R

下图显示两种现象之间的模拟。