การนำความร้อน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

การนำความร้อน (อังกฤษ: heat conduction) คือ ปรากฏการณ์ที่พลังงานความร้อนถ่ายโอนความร้อนภายในวัตถุหนึ่ง ๆ หรือระหว่างวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกัน โดยมีทิศทางของการเคลื่อนที่ของพลังงานความร้อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า โดยที่ตัวกลางไม่มีการเคลื่อนที่ การนำความร้อนเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นบนชั้นอะตอมของอนุภาค เป็นหนึ่งในกระบวนการถ่ายเทความร้อน ในโลหะ การนำความร้อนเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ(คล้ายการนำไฟฟ้า)ในของเหลวและของแข็งที่มีสภาพการนำความร้อนต่ำเป็นผลมาจากการสั่นของโมเลกุลข้างเคียง ในก๊าซ การนำความร้อนเกิดขึ้นผ่านการสั่นสะเทือนระหว่างโมเลกุลหรือกล่าวคือการนำความร้อนเป็นลักษณะการถ่ายเทความร้อนผ่าน โดยตรงจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งโดยการสัมผัสกัน เช่น การเอามือไปจับกาน้ำร้อน จะทำให้ความร้อนจากกาน้ำถ่ายเทไปยังมือ จึงทำให้รู้สึกร้อน เป็นต้น วัสดุใดจะนำความร้อนดีหรือไม่ดี ขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การนำความร้อน(k) การนำความร้อน (Conduction)เป็นการถ่ายโอนความร้อนที่เกิดขึ้นในวัตถุที่เป็นตัวกลางทึบแสง เมื่อมีความลาดชันของอุณหภูมิสามารถเกิดได้ในของแข็ง ของเหลว และแก๊ส เนื่องจากมีการไหลหมุนเวียนเกิดขึ้นในของเหลวและแก๊ส แต่ในของแข็งทึบแสงจะไม่มีการเคลื่อนไหวภายในวัสดุจะมีแต่การถ่ายโอนความร้อนด้วยการนำเพียงอย่างเดียว อัตราการถ่ายเทความร้อนโดย สัดส่วนกับค่าความลาดชันของอุณหภูมิ (Temperature gradient ) คูนกับพื้นที่ A ที่ความร้อนไหลผ่านจะได้สมการ

               Rate of conduction α  ((area)(Temperature difference))/Thickness
               qcond  α A dT/dx=-kA ΔT/Δx
     เมื่อ       qcond = อัตราการถ่ายเทความร้อนโดยการนำความร้อน (W)
         A = พื้นที่ที่ความร้อนไหลผ่าน (m2)
         T = อุณหภูมิ (K)
         X = ระยะทางการเคลื่อนที่ของความร้อน (m)

ค่าการนำความร้อน (Thermal Conductivity)[แก้]

คือความสามารถในการนำความร้อนของสาร ซึ่งเป็นคุณสมบัติทางกายภาพของตัวกลางที่มีความร้อนเคลื่อนที่ผ่าน อัตราการนำความร้อนสามารถคำนวณได้จากกฎการนำความร้อนของฟูเรียร์ (Fourier’s law of conduction)แทนด้วยสัญลักษณ์ k

กฎการนำความร้อนของฟูเรียร์ (Fourier’s law of conduction)[แก้]

  • กฏข้อที่ 1
ของฟูเรียร์ฟลักซ์ของความร้อนที่การถ่ายเท ณ ตำแหน่งหนึ่งๆ จะเป็นปฏิภาคตรงกับค่าลบลบของเกรเดียนท์ของอุณหภูมิณ ตำแหน่งที่เกิดการถ่ายเทความร้อนนั้น

ค่าการนำความร้อนเป็นสมบัติเฉพาะตัวของสาร ค่าการนำ ความร้อนของสารชนิดต่างๆ แสดงดังตาราง สารที่มีความสามารถในการนำความร้อนได้ดีจะมีค่า k มากเรียกสารพวกนี้ว่า ตัวนำ (conduct) และเรียกสารที่นำความร้อนได้ต่ำว่าฉนวน(insulator)

ตัวอย่างสัมประสิทธิ์การนำความร้อน(k)

วัสดุ สัมประสิทธิ์การนำความร้อน(k)(W/mK)
อากาศ(ที่ความดันบรรยากาศ)
อะลูมิเนียม
คอนกรีต
ทองแดง
เพชร
น้ำแข็ง
กระดาษ
ไม้
เงิน
0.026
237
1.82
401
2300
2.2
0.05
0.1-0.35
429

’== อ้างอิง ==

  • Bailyn, M. (1994). A Survey of Thermodynamics, American Institute of Physics, New York, ISBN 0-88318-797-3, page

ค่าการนำความร้อนขึ้นอยู่กับ

 1.พื้นที่ซึ่งความร้อนเกิดการถ่ายเท
 2.ผลต่างอุณหภูมิซึ่งมีความร้อนผ่าน
 3.ระยะเวลาที่ใช้ในการถ่ายเทความร้อน
 4.ความหนาของวัสดุที่ความร้อนผ่าน
 5.ชนิดของวัสดุ
   ถ้าพื้นที่และผลต่างของอุณหภูมิมากกว่า จะเกิดการถ่ายเทมากดังนั้นการนำความรัอนจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่และผลต่างอุณหภูมิ 
   ถ้าวัสดุหนามากกว่าความร้อนที่ถ่ายโอนจะน้อยกว่า ดังนั้น การนำความร้อนจึงเป็นส่วนผกผันกับความหนา