Przewodnictwo cieplne

Przewodnictwo cieplne jest to zjawisko samorzutnego wyrównywania temperatury w całej objętości ciała fizycznego bez udziału makroskopowego ruchu materii. Mamy tu do czynienia z przepływem energii w postaci ciepła.

Różne substancje przewodzą ciepło w różny sposób. Najwolniej proces ten przebiega w gazach, znacznie szybciej w cieczach i najszybciej (poza wyjątkami w postaci nadciekłego helu) w metalach. Miarą szybkości przepływu ciepła jest tak zwany współczynnik przewodnictwa cieplnego.

Sposoby przenoszenia ciepła

Poniższej są wymienione sposoby przenoszenia ciepła:

konwekcja,
przewodzenie ciepła,
promieniowanie.

Współczynnik przewodnictwa cieplnego

Współczynnik przewodnictwa cieplnego lub przewodność cieplna właściwa jest to stała proporcjonalności występująca w prawie Fouriera, charakterystyczna dla danej substancji, a która jest miarą szybkości przepływu ciepła na skutek przewodnictwa cieplnego.

Jednostką współczynnika przewodnictwa jest J/(K·m·s) = W/(K·m).

Im większą wartość ma ten współczynnik dla danej substancji, tym lepiej przewodzi ona ciepło.

Poziom zaawansowany

Prawo Fouriera

Gęstość przewodzonego strumienia ciepła q, czyli ilość energii przepływającej w postaci ciepła w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię prostopadłą do kierunku przepływu energii jest wprost proporcjonalna do gradientu temperatury:

$q=-\lambda \frac{\partial T}{\partial n}$

gdzie:

q - gęstość strumienia ciepła,
λ - współczynnik przewodnictwa cieplnego,
T - temperatura w kelwinach,
- pochodna temperatury w kierunku prostopadłym do izotermicznej powierzchni.

W fizyce i technice uzywa się jeszcze innych podobnych wielkości. Jest to między innymi współczynnik przewodnictwa temperaturowego równy stosunkowi współczynnika współczynnika przewodnictwa ciepła i ciepła właściwego.

Tablice

Niestety współczynnik przewodzenia ciepła zależy od wielu czynników i nie zależy tylko od rodzaju substancji. Zależy od warunków termodynamicznych i struktury substancji. W tablicach podaje się zwykle wartości średnie współczynnika dla danej temperatury.

Poniżej wybrane współczynniki przewodnictwa cieplnego w temperaturze 25°C.

Substancja	Współczynnik przewodnictwa cieplnego λ [W/(K·m)]
chlor	0,008
dwutlenek węgla	0,017
powietrze	0,026
hel	0,155
wodór	0,185
nafta	0,15
etanol	0,167
gliceryna	0,285
woda	0,606 (0,5562 w temperaturze 0°C i 0,673 w temperaturze 100°C)
rtęć	8,514
tłuszcz tkankowy	0,17
skóra	0,33-1,5 (zależy od ukrwienia)
pianko poliuretanowa	0,03
styropian	0,03-0,05
korek	0,04-0,06
słoma	0,06
drewno sosny	0,11 (w poprzek włókien)
cegła czerwona zwykła	0,4-0,6
szkło okienne	0,9-1,1
lód	2,34 (w temperaturze 0°C)
marmur	2-4
krzem	148
grafit	około 200
diament	2320-3500
tytan	21,9
ołów	34,9
cyna	66,7
platyna	71,6
żelazo (stal)	30-80
mosiądz	110
złoto	317
miedź	401
srebro	429

Jak wynika z powyższej tablicy gazy i niektóre ciała stałe mają niski współczynnik przewodnictwa cieplnego. To tak zwane izolatory cieplne. Substancje, które mają wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego to przewodniki ciepła.