Kluczowa różnica między przewodnością cieplną a dyfuzyjnością polega na tym, że przewodność cieplna odnosi się do zdolności materiału do przewodzenia ciepła, podczas gdy dyfuzyjność cieplna odnosi się do pomiaru szybkości przenoszenia ciepła materiału z jego gorącego końca do zimny koniec.
Przewodność cieplna i dyfuzyjność cieplna to dwa terminy opisujące przenoszenie ciepła przez określony materiał.
Co to jest przewodnictwo cieplne?
Przewodność cieplna to termin opisujący zdolność danego materiału do przewodzenia ciepła przez siebie. Istnieją trzy sposoby na oznaczenie tego terminu: k, λ lub κ. Zazwyczaj 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. Podobnie 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, podczas gdy możemy używać 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 jest strumieniem ciepła, k jest przewodnością cieplną, a ∇T jest gradientem temperatury. Nazywamy to „prawem przewodzenia ciepła Fouriera”.
Możemy zdefiniować przewodnictwo cieplne jako transport energii w wyniku losowego ruchu cząsteczek w gradiencie temperatury. Dlatego możemy odróżnić ten termin od transportu energii przez konwekcję i pracę molekularną, ponieważ nie obejmuje żadnych mikroskopijnych przepływów ani naprężeń wewnętrznych, 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), gdzie BTU to brytyjska jednostka cieplna, 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 dyfuzja cieplna?
Dyfuzyjność cieplna jest miarą szybkości przenoszenia ciepła materiału od gorącego końca do zimnego końca. Jest to zatem przewodność cieplna materiału podzielona przez gęstość i ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu. Jednostką miary dla tego parametru jest m2/s. Jest to jednostka pochodna SI. Zwykle możemy określić ten termin jako α. Ale są też inne symbole. Matematyczne wyrażenie dyfuzyjności cieplnej jest następujące:
α=k/ρcp
Tutaj k jest przewodnością cieplną, cp jest właściwą pojemnością cieplną, a ρ si gęstością. Jednak ρcp razem jest określane jako wolumetryczna pojemność cieplna.
Najczęściej dyfuzyjność cieplna jest mierzona za pomocą metody flash, która polega na podgrzaniu paska lub cylindrycznej części próbki materiału krótkim impulsem energii na jednym końcu i analizie zmiany temperatury w niewielkiej odległości.
Jaka jest różnica między przewodnością cieplną a dyfuzyjnością?
Przewodność cieplna i dyfuzyjność cieplna to dwa terminy opisujące przenoszenie ciepła przez określony materiał. Kluczową różnicą między przewodnością cieplną a dyfuzyjnością jest to, że przewodność cieplna odnosi się do zdolności materiału do przewodzenia ciepła, podczas gdy dyfuzyjność cieplna odnosi się do pomiaru szybkości przekazywania ciepła materiału od jego gorącego końca do zimnego końca.
Poniższa infografika przedstawia różnice między przewodnością cieplną a dyfuzyjnością w celu bezpośredniego porównania.
Podsumowanie – Przewodność cieplna a dyfuzyjność
Przewodność cieplna i dyfuzyjność cieplna to dwa terminy opisujące przenoszenie ciepła przez określony materiał. Kluczową różnicą między przewodnością cieplną a dyfuzyjnością jest to, że przewodność cieplna odnosi się do zdolności materiału do przewodzenia ciepła, podczas gdy dyfuzyjność cieplna odnosi się do pomiaru szybkości przenoszenia ciepła materiału od jego gorącego końca do zimnego końca.
