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1簡介

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物體或系統內的溫度差,是熱傳導的必要條件。或者說,只要介質內或者介質之間存在溫度差,就一定會發生傳熱。熱傳導速率決定于物體內溫度場的分布情況。

熱量從系統的一部分傳到另一部分或由一個系統傳到另一個系統的現象叫 傳熱。熱傳導是三種傳熱模式(熱傳導、 對流、輻射)之一。它是固體中傳熱的主要方式,在不流動的液體或氣體層中層層傳遞,在流動情況下往往與熱對流同時發生。

熱傳導實質是由物質中大量的 分子熱運動互相撞擊,而使 能量從物體的 高溫部分傳至低溫部分,或由高溫物體傳給低溫物體的過程。 在 固體中,熱傳導的微觀過程是:在溫度高的部分, 晶體中結點上的微粒振動動能較大。在低溫部分,微粒振動動能較小。因微粒的振動互相作用,所以在 晶體內部 熱能由動能大的部分向動能小的部分傳導。 固體中熱的傳導,就是 能量的遷移。

在導體中,因存在大量的 自由電子,在不停地作無規則的熱運動。一般 晶格震動的 能量較小,自由電子 在 金屬晶體中對熱的傳導起主要作用。所以一般的電 導體也是熱的良導體,但是也有例外,比如說鉆石(Diamond)--事實上,珠寶商 可以通過測鉆石的導熱性來判斷鉆石的真假。在液體中熱傳導表現為:液體分子在溫度高的區域熱運動比較強,由于液體分子之間存在著相互作用,熱運動的 能量將逐漸向周圍層層傳遞,引起了熱傳導現象。由于熱傳導 系數小,傳導的較慢,它與 固體相似;不同于氣體,氣體分子之間的間距比較大,氣體依靠分子的無規則熱運動以及分子間的碰撞,在氣體內部發生 能量遷移,從而形成 宏觀上的 熱量傳遞。

熱量從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導。

2數學表達

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傅立葉定律

當物體內的溫度分布只依賴于一個空間坐標,而且溫度分布不隨時間而變時, 熱量只沿溫度降低的一個方向傳遞,這稱為 一維 定態熱傳導。此時的熱傳導可用下式描述:

式中 為是熱流密度,即在與傳輸方向相垂直的單位面積上,在x方向上的傳熱速率; 為溫度; 為 熱傳遞方向的坐標; 為 熱導率。此式表明 正比于 溫度梯度d /d ,但熱流方向與溫度梯度方向相反。此規律由法國物理學家 傅里葉于1822年首先提出,故稱為 傅里葉定律

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