熱伝導

熱伝導(または熱伝導)とは、ある物体から温度の異なる別の物体に触れたときに、その物体から熱が移動することです。例えば、私たちは湯たんぽに触れて手を温めることができます。冷たい手が湯たんぽに触れると、熱いもの(湯たんぽ)から冷たいもの(手)へ熱が移動します。熱伝導率の異なるもの、例えば、加熱する調理器具や、熱いものを熱く、冷たいものを冷たく保つ保温容器などが作られています。

熱を伝える他の方法としては、放射や対流がある。通常、これらのプロセスは同時に2つ以上起こります。



湯たんぽを触ると、伝導で熱を得ることができます。Zoom
湯たんぽを触ると、伝導で熱を得ることができます。

顕微鏡による説明

原子論では、固体液体気体は原子」と呼ばれる小さな粒子でできている。物質の温度は原子の動く速さを測り、熱は原子の振動によるエネルギーの総量を測ります。

伝導は、物質の一部分が加熱されたときに起こることがあります。この部分の原子はより速く振動し、隣の原子にぶつかりやすくなる。この衝突により、原子の動きが速くなり、熱エネルギーが隣の原子に伝わります。このようにして、エネルギーは固体中を伝わっていくのです(ドミノ倒しのように)。

固体では、原子が互いに接近し、動き回ることができない。液体や気体では、粒子は互いに動き回ることができるので、衝突はあまり起こりません。



熱伝導の法則

フーリエの法則とも呼ばれる熱伝導の法則は、ある物質を通る熱の移動速度は、温度の負の勾配と、その勾配に直角な方向に熱が流れる面積に比例することを意味しています。

∂ t = - k ∂ S ∇ T⋅ d S {displaystyle {frac {partial Q}{partial t}}=-koint _{S}{nabla Tcdot \,dS}} {\frac {\partial Q}{\partial t}}=-k\oint _{S}{\nabla T\cdot \,dS}

のところです。

Qは熱の移動量、である。

t はかかった時間であり

k は材料の熱伝導率' であり

Sは熱が流れる面積、である。

Tは温度です。

熱伝導率は通常、温度によって変化するが、一般的な材料では、かなりの温度範囲で変化が小さくなることがある。



リニアな熱流Zoom
リニアな熱流

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質問と回答

Q:熱伝導とは何ですか?


A: 熱伝導とは、温度の異なる2つの物体が接触したときに、それらの間で熱が移動することです。

Q: 熱伝導は同じ温度の物体間でも起こりますか?


A: いいえ、熱伝導は温度の異なる物体間でのみ起こります。

Q: 熱伝導の例を教えてください。
A: 熱伝導の例は、湯たんぽに触れて手を温めることです。冷たい手が熱い湯たんぽに触れると、熱は熱い物体から冷たい物体へと流れる。

Q: 熱伝導率の異なる素材にはどのようなものがありますか?


A: 調理器具は熱伝導率の異なる素材でできていますし、熱いものや冷たいものを入れる断熱容器もあります。

Q: 熱を伝える方法は伝導以外にもありますか?


A: はい、熱は放射や対流によっても伝わります。

Q: すべての熱伝達プロセスは別々に起こるのですか?


A: いいえ、通常は複数の熱伝達プロセス(伝導、放射、対流)が同時に起こります。

Q: 真空中でも熱伝導は起こりますか?


A: はい、輻射による熱伝達は真空中でも起こります。太陽の熱はこうして地球に届くのです。

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