Wärmeleitung

In der Atomtheorie bestehen Festkörper, Flüssigkeiten und Gase aus winzigen Teilchen, die "Atome" genannt werden. Die Temperatur des Materials misst, wie schnell sich die Atome bewegen, und die Wärme misst die Gesamtenergiemenge, die durch die Schwingung der Atome entsteht.

Konduktion kann auftreten, wenn ein Teil eines Materials erhitzt wird. Die Atome in diesem Teil schwingen schneller und treffen mit größerer Wahrscheinlichkeit auf ihre Nachbarn. Durch die Stöße bewegen sich diese Atome auch schneller und geben die Wärmeenergie an sie ab. Auf diese Weise wandert die Energie durch den Festkörper. (Ähnlich wie die Art und Weise, in der die Energie entlang einer Reihe von taumelnden Dominosteinen fließt).

Das atomare Bild hilft auch zu erklären, warum die Leitung in Festkörpern wichtiger ist: In Festkörpern liegen die Atome nahe beieinander und können sich nicht bewegen. In Flüssigkeiten und Gasen können sich die Teilchen aneinander vorbei bewegen, so dass die Kollisionen weniger häufig vorkommen.

Das Gesetz der Wärmeleitung, auch als Fourier-Gesetz bekannt, bedeutet, dass die zeitliche Rate der Wärmeübertragung durch ein Material proportional zum negativen Temperaturgradienten und zu der Fläche im rechten Winkel zu diesem Gradienten ist, durch die die Wärme fließt:

∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\teilweise Q}{\teilweise t}}}=-k\Punkt _{S}{\nabla T\cdot \,dS}}

wo:

Q ist die Menge der übertragenen Wärme und

t ist die benötigte Zeit, und

k die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist" und

S ist der Bereich, durch den die Wärme fließt, und

T ist die Temperatur.

Die Wärmeleitfähigkeit variiert normalerweise mit der Temperatur, aber die Variation kann bei einigen gebräuchlichen Materialien über einen signifikanten Temperaturbereich gering sein.

• Wärmeübertragung
• Konvektion
• Thermische Strahlung