Siltumvadīšana

Siltumvadīšana ir siltuma pāreja no viena ķermeņa uz otru tiem esot saskarē. Siltumvadīšana var notikt arī viena ķermeņa ietvaros no siltākas ķermeņa daļas uz aukstāku. Tā kā siltumvadīšanu veicina temperatūru starpība, izolētā sistēmā apgabali ar sākotnēji atšķirīgu temperatūru siltuma vadīšanas ceļā tieksies uz termodinamisko līdzsvaru (konstantu temperatūru). 

 Vienkāršs modelis 
Var aplūkot cilindru ar garumu  un nemainīgu šķērsgriezuma laukumu , starp kura galiem ir temperatūru starpība . Aizplūdušais siltuma daudzums ir atkarīgs no siltumvadīspējas koeficienta , kas katram materiālam ir atšķirīgs, temperatūras starpības  starp cilindra galiem, cilindra šķērsgriezuma laukuma  un laika intervāla, kurā plūst siltums . Šo sakarību var pieraksīt kā formulu:

, kur  - pievadītais siltuma daudzums,  - siltumvadītspējas koeficients,  - temperatūru starpība/gradients starp diviem punktiem,  - šķērsgriezuma laukums,  - pagājušais laiks.
Formulā redzama mīnusa zīme, jo ejot prom no sildelementa temperatūras starpība  būs negatīva, taču pievadītais siltums  būs pozitīvs. Lai abas puses būtu pozitīvas, jāņem temperatūras starpība ar mīnusa zīmi.

Siltumvadīšana notiek lēnāk materiālos ar mazu siltumvadītspējas koeficientu. Piemēram, metāli parasti labi vada siltumu, bet siltumizolācijas materiāli kā minerālvate vai putupolistirols slikti vada siltumu. Attiecīgi materiālus ar labu siltumvadītspēju izmanto, piemēram, radiatoriem procesoros un materiālus ar sliktu siltumvadītspēju siltumziolācijai.

 Piemērs 

 Dota siena kā ilustrācijā ar slāņiem A, B, C, materiālu siltumvadītspējas koeficientiem , , temperatūra iekšā , temperatūra starpslānī  temperatūra ārā , sienu biezumi , , kāda ir temperatūra starp slāņiem B,C - ? Sistēmas temperatūra laikā nemainās un sienas laukumi ir vienādi.

Tā kā sistēmas temperatūra laikā nemainās un sienas laukumi ir vienādi, tad katra materiāla ietvaros  visiem izpildās. Starp un  var atrast šo konstanti formulas kreisajā pusē-  , tad pierakstot formulu slānim C: , izsakot  iegūst 

 Siltuma vienādojums 
Vispārīgākā modelī siltumvadīšana notiek molekulu līmenī, kur kādas vienas molekulas temperatūras izmaiņa laikā  ir atkarīga no kaimiņu molekulu temperatūru starpību starpības (1D gadījumā ). Vispārīgāk 3D gadījumā likumsakarība pierakstās kā formula:

, kur  - temperatūras izmaiņa laikā,  - kaimiņu molekulu temperatūru starpību starpība visos virzienos,  - proporcionalitātes koeficients.

Formula paredz, ja kāda stieņa galos ir konstantas temperatūras, piemēram, liesma ar temperatūru 500 °C  un ledus ūdens ar 0 °C,  1D gadījumā līdzsvara stāvoklis iestāsies, kad temperatūra būs lineāri atkarīga no koordinātes , lai otrais atvasinājums pēc  būtu nulle un  būtu nulle. Formula arī paredz izolētam ķermenim pašam no sevis tiekties uz termodinamisko līdzsvaru — ja stieņa gali ar karstāko un aukstāko temperatūru būtu konstanti, tad temperatūras sadalījums pa  tiektos uz līniju, bet, sildot vai dzesējot blakus esošās molekulas, šie maksimuma/minimuma punkti atdziest/uzsilst, tie mainīsies, līdz maksimumi/minimumi kļūs par sistēmas vidējo temperatūru (temperatūra visos stieņa punktos būs vienāda).

 Atsauces 

 Ārējās saites 

Kategorija:Termodinamika
Kategorija:Molekulārfizika