Soojusjuhtivus
Soojusjuhtivus (või soojusjuhtivus) on soojuse liikumine ühelt objektilt teisele, mille temperatuur on erinev, kui need üksteist puudutavad. Näiteks saame oma käsi soojendada, kui puudutame kuumaveepudeleid. Kui külmad käed puudutavad kuuma vee pudelit, voolab soojus kuumemast objektist (kuuma vee pudel) külmemasse (käsi). Inimesed valmistavad erineva soojusjuhtivusega asju, näiteks keedunõud, et soojendada asju, või isoleeritud mahutid, et hoida kuumad asjad kuumana või külmad asjad külmana.
Muud soojuse ülekandmise viisid on soojuskiirgus ja/või konvektsioon. Tavaliselt toimub korraga rohkem kui üks neist protsessidest.
Kuumaveepudelit puudutades saame soojust juhtivuse teel.
Mikroskoopiline selgitus
Aatomiteooria kohaselt koosnevad tahked ained, vedelikud ja gaasid tillukestest osakestest, mida nimetatakse "aatomiteks". Materjali temperatuur mõõdab, kui kiiresti aatomid liiguvad, ja soojus mõõdab aatomite vibratsioonist tingitud energia koguhulka.
Juhtimine võib toimuda, kui materjali üks osa on kuumutatud. Selle osa aatomid vibreerivad kiiremini ja tabavad tõenäolisemalt oma naabreid. Kokkupõrked panevad ka need aatomid kiiremini liikuma, andes soojusenergia edasi. Sel moel liigub energia läbi tahke aine (nagu energia liigub mööda tormavaid dominosid).
Aatomipilt aitab selgitada ka seda, miks juhtivus on tahketes kehades tähtsam: tahketes kehades on aatomid tihedalt koos ja ei saa liikuda. Vedelikes ja gaasides saavad osakesed üksteisest mööda liikuda, nii et kokkupõrkeid esineb vähem.
Soojusjuhtivuse seadus
Soojusjuhtivuse seadus, mida tuntakse ka Fourier' seadusena, tähendab, et soojusülekande kiirus läbi materjali on ajas võrdeline temperatuuri negatiivse gradienti ja selle gradienti suhtes täisnurga all oleva pindalaga, mida soojus läbib:
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\partial Q}{\partial t}=-k\oint _{S}{\nabla T\cdot \,dS}} 
kus:
Q on ülekantud soojuse kogus ja
t on kulunud aeg ja
k on materjali soojusjuhtivus" ja
S on pindala, mida soojus läbib, ja
T on temperatuur.
Soojusjuhtivus varieerub tavaliselt koos temperatuuriga, kuid mõnede tavaliste materjalide puhul võib see varieerumine olla väike, kuigi temperatuurivahemik on märkimisväärne.
Lineaarne soojusvoog
Seotud leheküljed
- Soojusülekanne
- Konvektsioon
- Soojuskiirgus
Küsimused ja vastused
K: Mis on soojusjuhtimine?
V: Soojusjuhtivus on soojuse ülekandumine kahe erineva temperatuuriga objekti vahel, kui need omavahel kokku puutuvad.
K: Kas soojusjuhtimine võib toimuda sama temperatuuriga objektide vahel?
V: Ei, soojusjuhtimine toimub ainult erineva temperatuuriga objektide vahel.
K: Mis on näide soojusjuhtivuse kohta?
V: Soojusjuhtivuse näide on käte soojendamine kuuma veepudeli puudutamisel. Kui külmemad käed puutuvad kokku kuumema veepudeliga, voolab soojus kuumemast esemest külmemasse.
K: Millised materjalid on erineva soojusjuhtivusega?
V: Toidunõud võivad olla valmistatud erineva soojusjuhtivusega materjalidest, samuti kuumade või külmade esemete isoleeritud mahutid.
K: Kas lisaks soojusjuhtivusele on ka teisi viise soojuse ülekandmiseks?
V: Jah, soojust saab edasi kanda ka kiirguse ja konvektsiooni kaudu.
K: Kas kõik soojusülekandeprotsessid toimuvad eraldi?
V: Ei, tavaliselt toimuvad korraga rohkem kui üks neist soojusülekandeprotsessidest (soojusjuhtimine, kiirgus ja konvektsioon).
K: Kas soojusülekanne võib toimuda vaakumis?
V: Jah, soojusülekanne kiirguse kaudu võib toimuda vaakumis. Nii jõuab Päikese soojus Maale.
