Termisk konduksjon

Termisk konduksjon (også kjent som varmeledning) er overføring av varme ved termiske kollisjoner mellom molekyler langs en temperaturgradient. Et eksempel på dette er overføring av varme fra solside til skyggeside på en trestamme. Det som skjer er at varmeenergi forflytter seg fra høy temperatur, solsiden, til lav temperatur, skyggesiden.

Varmeenergi får atomer og molekyler til å vibrere (i faststoff) eller kollidere med hverandre (i væsker og gasser), sterkere med økt temperatur. Kollisjonene med omliggende atomer og molekyler overfører varmeenergi til de andre slik at varmen blir jevnere fordelt.

Varme kan også overføres via varmestråling og konveksjon, og ofte har en mer enn en av disse prosessene gående samtidig.

Varmeledningsloven, eller Fouriers lov, sier at varmestrømmen (varmefluksen), dvs. transportert varme per forløpt tid, er proporsjonal med produktet av den negative temperaturgradienten og gjennomstrømmet tverrsnittsareal:

$\frac{\partial Q}{\partial t} = -k \oint_S{\nabla T \cdot \,dS}$

der

Q er mengde med varme som blir overført,

t er tiden det tar,

k er termisk konduktivitet for stoffet (denne varierer generelt med temperaturen, men variasjonen er liten for små temperaturendringer for en rekke vanlige stoffer),

S er tverrsnittsarealet, dvs. flaten som varmen strømmer igjennom,

T er temperaturen.

Lineær varmestrøm

Ved stasjonære forhold er varmefluksen i faste materialer og i stillestående væsker proporsjonal med temperaturforskjellen per lengdeenhet i strømningsretningen

Om en integrerer differensiallikningen for en enkel lineær situasjon (som på figuren), der temperaturen er jevnt fordelt over de to endeflatene og med perfekt isolerte sider, slik at det ikke strømmer varme ut fra sidene, så er varmestrømmen mellom de to endeflatene gitt ved:

$\frac{\Delta Q}{\Delta t} = -k A \frac{\Delta T}{\Delta x}$

der

A er tverrsnittsarealet,

$\Delta T$ er temperaturforskjellen mellom de to endene,

$\Delta x$ er avstanden mellom de to endene.

Eksterne lenker

• Konduksjon på NTNUs sider