Kluczowa różnica między przewodnością cieplną a współczynnikiem przenikania ciepła polega na tym, że przewodnictwo cieplne jest związane z przestrzenną dyfuzją molekularną ciepła w płynie, podczas gdy współczynnik przenikania ciepła jest stałą proporcjonalności pomiędzy dostarczonym ciepłem a termodynamiczną siłą napędową przepływu ciepła przez obszar jednostki.
Przewodność cieplna to zdolność danego materiału do przewodzenia ciepła przez siebie. Z kolei współczynnik przenikania ciepła to stała proporcjonalności między strumieniem ciepła a termodynamiczną siłą napędową przepływu ciepła.
Co to jest przewodnictwo cieplne?
Przewodność cieplną można opisać jako zdolność konkretnego materiału do przewodzenia ciepła przez siebie. Możemy użyć trzech sposobów oznaczenia tego terminu: k, λ lub κ. Ogólnie rzecz biorąc, materiał o wysokiej przewodności cieplnej wykazuje dużą szybkość wymiany ciepła. Na przykład metale mają zwykle wysoką przewodność cieplną i są bardzo wydajne w przewodzeniu ciepła. Natomiast materiały izolacyjne, takie jak styropian, mają niską przewodność cieplną i wykazują niski współczynnik przenikania ciepła. Dlatego możemy używać materiałów o wysokiej przewodności cieplnej w zastosowaniach radiatorów i materiałów o niskiej przewodności cieplnej w zastosowaniach termoizolacyjnych. Co więcej, „oporność cieplna” jest odwrotnością przewodności cieplnej.
Matematycznie możemy wyrazić przewodność cieplną jako q=-k∇T, gdzie q to strumień ciepła, k to przewodność cieplna, a ∇T to gradient temperatury. Nazywamy to „prawem przewodzenia ciepła Fouriera”.
Możemy zdefiniować przewodnictwo cieplne jako transport energii w wyniku losowego ruchu cząsteczek w gradiencie temperatury. Możemy odróżnić ten termin od transportu energii przez konwekcję i pracę molekularną, ponieważ nie obejmuje żadnych mikroskopijnych przepływów ani wewnętrznych naprężeń, które są wykonywane podczas pracy.
Rozważając jednostki miary przewodności cieplnej, jednostkami SI są „Waty na metr-kelwiny” lub W/m. K. Jednak w jednostkach imperialnych możemy mierzyć przewodność cieplną w BTU/(h.ft.°F). BTU to brytyjska jednostka termiczna, gdzie h to czas w godzinach, ft to odległość w stopach, a F to temperatura w stopniach Fahrenheita. Ponadto istnieją dwa główne sposoby pomiaru przewodności cieplnej materiału: metody stacjonarne i nieustalone.
Co to jest współczynnik przenikania ciepła?
Współczynnik przenikania ciepła to stała proporcjonalności między strumieniem ciepła a termodynamiczną siłą napędową przepływu ciepła. W termodynamice jest również znany jako współczynnik warstewki lub skuteczność warstewki. Zwykle całkowity współczynnik przenikania ciepła dla niektórych systemów jest wyrażony w postaci ogólnej przewodności lub współczynnika przenikania ciepła, który jest oznaczony przez U.
Współczynnik przenikania ciepła jest przydatny przy obliczaniu przenikania ciepła przez konwekcję lub przejście fazowe między cieczą a ciałem stałym. Biorąc pod uwagę jednostki SI, współczynnik przenikania ciepła ma jednostki W/(m2K) (wat na metr kwadratowy Kelvina).
Co więcej, współczynnik przenikania ciepła można opisać jako odwrotność izolacyjności cieplnej. Współczynnik przenikania ciepła możemy wykorzystać do materiałów budowlanych i do izolacji odzieży.
Jaka jest różnica między przewodnością cieplną a współczynnikiem przenikania ciepła?
Przewodność cieplna i współczynnik przenikania ciepła to ważne pojęcia w chemii fizycznej. Kluczową różnicą pomiędzy przewodnością cieplną a współczynnikiem przenikania ciepła jest to, że przewodność cieplna jest związana z przestrzenną molekularną dyfuzją ciepła w płynie, natomiast współczynnik przenikania ciepła jest stałą proporcjonalności pomiędzy dostarczonym ciepłem a termodynamiczną siłą napędową przepływu ciepła przez powierzchnia jednostki.
Poniższa tabela podsumowuje różnicę między przewodnością cieplną a współczynnikiem przenikania ciepła.
Podsumowanie – Przewodność cieplna a współczynnik przenikania ciepła
Kluczowa różnica między przewodnością cieplną a współczynnikiem przenikania ciepła polega na tym, że przewodnictwo cieplne jest związane z przestrzenną dyfuzją molekularną ciepła w płynie, podczas gdy współczynnik przenikania ciepła jest stałą proporcjonalności pomiędzy dostarczonym ciepłem a termodynamiczną siłą napędową przepływu ciepła przez obszar jednostki.
