Soojusjuhtivus

Allikas: Vikipeedia

Soojusjuhtivuseks nimetatakse termilise energia ehk soojusenergia spontaanset kandumist kuumemalt kehalt (või kehaosalt) külmemale kehale (kehaosale) aineosakeste vastasmõju (molekulidevaheliste põrgete) tagajärjel.

Soojusjuhtivus on konvektsiooni ja soojuskiirguse kõrval üks soojusülekande vorme.

Soojusjuhtivus toimib eeskätt tahketes kehades ja vähesel määral ka vedelikes, kuid peaaegu puudub gaasides.

Kehade soojusjuhtivusega puutuvad inimesed kokku iga päev. Kui näiteks külm lusikas asetada kuuma vette, siis kõigepealt soojeneb vees olev osa, seejärel kandub soojus piki lusika vart edasi ja me tunneme, kuidas lusika vars muutub tasapisi soojaks.

Soojusjuhtivuse seadus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Soojusjuhtivuse seadust on matemaatilisel kujul mugav formuleerida, vaadeldes soojuse levikut homogeenses vardas pikkusega \ell ja ristlõike pindalaga S. Katse näitab, et kui varda otstes on fikseeritud erinevad temperatuurid T1 ja T2, siis varda ristlõiget läbib soojusvoog intensiivsusega

\frac{\Delta Q}{\Delta t}=kS\frac{T_1-T_2}{\ell},

kus võrdetegur k on varda materjali iseloomustav konstant, mida nimetatakse soojusjuhtivusteguriks. See on ainus parameeter, mida on tarvis aine või materjali soojusjuhtivuslike (või ka soojust isoleerivate) omaduste spetsifitseerimiseks.

Soojusjuhtivuse seaduse üldistamine kolme mõõtmesse annab soojusvoo tiheduse jaoks avaldise

\vec J=-k\nabla T,

kus \nabla T on temperatuurigradient. Seda nimetatakse Fourier' seaduseks. Kombineerides seda pidevuse võrrandiga, saadakse järgmine diferentsiaalvõrrand:

\frac{\partial T}{\partial t}=K\nabla^2 T,

kus K=k/(c\rho), kus \rho on aine tihedus ja c on erisoojus. See on üks matemaatilise füüsika põhivõrrandeid, mis kirjeldab muu hulgas ka difusiooni (sel juhul T asemel on difundeeruva aine kontsentratsioon ja K asemel on difusioonikonstant).