Математичне подання теплопровідності
Відповімо на питання про те, що таке теплопровідність, з математичної точки зору. Якщо взяти однорідне тіло, тоді кількість тепла, переданого через нього в даному напрямку, буде пропорційно площі поверхні, перпендикулярної напрямку теплопередачі, теплопровідності матеріалу і різниці температур на кінцях тіла, а також буде обернено пропорційно товщині тіла.
У підсумку виходить формула: Q/t = kA(T2-T1)/x, тут Q/t – теплота (енергія), передана через тіло за час t, k – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, з якого виготовлено розглядуване тіло, A – площа поперечного перерізу тіла, T2-T1 – різниця температур на кінцях тіла, причому T2>T1, x – товщина тіла, через яку передається тепло Q.
Способи передачі теплової енергії
Розглядаючи питання про те, що таке теплопровідність матеріалів, слід згадати про можливі способи передачі тепла. Теплова енергія може передаватися між різними тілами за допомогою наступних процесів:
- провідність – цей процес йде без переносу матерії;
- конвекція – перенесення тепла безпосередньо пов’язаний з рухом самої матерії;
- випромінювання – передача тепла здійснюється за рахунок електромагнітного випромінювання, тобто з допомогою фотонів.
Щоб тепло було передано з допомогою процесів провідності або конвекції, необхідний безпосередній контакт між різними тілами з тією відмінністю, що в процесі провідності не існує макроскопічного руху матерії, а в процесі конвекції це рух присутній. Зазначимо, що мікроскопічне рух має місце у всіх процесах теплопередачі.
Для звичайних температур на кілька десятків градусів Цельсія можна сказати, що на частку конвекції і провідності припадає основна частина переданого тепла, а кількість енергії, переданої у процесі випромінювання, є незначним. Проте випромінювання починає відігравати головну роль у процесі теплопередачі при температурах в кілька сотень і тисяч Кельвін, оскільки кількість енергії Q, що передається цим способом, зростає пропорційно 4-го ступеня абсолютної температури, тобто ∼ T4. Наприклад, наше сонце втрачає велику частину енергії саме за рахунок випромінювання.
