Verschil tussen thermische geleidbaarheid en thermische diffusie

Belangrijkste verschil - Thermische geleidbaarheid versus thermische diffusiviteit

Thermische geleidbaarheid en thermische diffusie zijn twee termen die worden gebruikt in thermische en statistische fysica. Thermische geleidbaarheid is een veel gebruikte term in de fysica, terwijl thermische diffusie een zelden gebruikte term is in de thermische fysica. De thermische geleidbaarheid van een materiaal is een maat voor het vermogen van dat materiaal om er warmte door te geleiden. Thermische diffusiviteit van een materiaal, aan de andere kant, is de thermische traagheid van dat materiaal. Dit is het belangrijkste verschil tussen thermische geleidbaarheid en thermische diffusiviteit. Thermische geleidbaarheid hangt nauw samen met de thermische diffusiviteit. De relatie tussen de twee grootheden kan worden uitgedrukt als een vergelijking.

Dit artikel behandelt,

1. Wat is thermische geleidbaarheid? - Definitie, meeteenheid, formule, eigenschappen van thermische geleiders

2. Wat is thermische diffusie? - Definitie, meeteenheid, formule, eigenschappen

3. Wat is het verschil tussen thermische geleidbaarheid en thermische diffusie?

Wat is thermische geleidbaarheid

In de fysica is thermische geleidbaarheid het vermogen van een materiaal om warmte te geleiden. Thermische geleidbaarheid wordt aangegeven met het symbool K. De SI-eenheid voor het meten van thermische geleidbaarheid is Watt per meter Kelvin (W / mK). De thermische geleidbaarheid van een bepaald materiaal is vaak afhankelijk van de temperatuur en zelfs de richting van de warmteoverdracht. Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd van een heet gebied naar een koud gebied. Met andere woorden, een netto warmteoverdracht heeft een temperatuurgradiënt nodig. Hoe hoger de thermische geleidbaarheid van een materiaal, hoe hoger de snelheid van warmteoverdracht over dat materiaal zal zijn.

De reciproke van de thermische geleidbaarheid van een gegeven materiaal staat bekend als de thermische weerstand van dat materiaal. Dat betekent, hoe hoger de thermische geleidbaarheid, hoe lager de thermische weerstand. Thermische geleidbaarheid (K) van een materiaal kan worden uitgedrukt als;

K (T) = α (T)_p (T) C_p(T)

Waar, α (T) - thermische diffusiviteit, p (T) - dichtheid, C_pT-specifieke warmtecapaciteit

Materialen zoals diamant, koper, aluminium en zilver hebben een hoge thermische geleidbaarheid en worden beschouwd als goede thermische geleiders. Aluminiumlegeringen worden veel gebruikt als warmteopnemers, vooral in de elektronica. Materialen zoals hout, polyurethaan, aluminiumoxide en polystyreen daarentegen hebben een lage thermische geleidbaarheid. Daarom worden dergelijke materialen gebruikt als thermische isolatoren.

De thermische geleidbaarheid van een materiaal kan veranderen wanneer de fase van het materiaal verandert van vast naar vloeibaar, van vloeistof naar gas of omgekeerd. De thermische geleiding van ijs verandert bijvoorbeeld wanneer ijs smelt in water.

Goede elektrische geleiders zijn meestal goede thermische geleiders. Zilver is echter een relatief zwakke thermische geleider, hoewel het een goede elektrische geleider is.

Elektronen dragen het meest bij aan de thermische geleidbaarheid van metalen, terwijl roostertrillingen of fononen de belangrijkste bijdragen leveren aan de thermische geleidbaarheid van niet-metalen. In metalen is de thermische geleidbaarheid ongeveer evenredig met het product van de elektrische geleidbaarheid en de absolute temperatuur. De elektrische geleidbaarheid van zuivere metalen neemt echter af wanneer de temperatuur toeneemt naarmate de elektrische weerstand van zuivere metalen toeneemt met toenemende temperatuur. Dientengevolge blijven het product van de elektrische weerstand en de absolute temperatuur evenals de thermische geleidbaarheid ongeveer constant met toenemende of afnemende temperatuur.

Diamant is een van de beste thermische condutoren rond kamertemperatuur, met een thermische geleidbaarheid van meer dan 2.000 watt per meter per Kelvin.

Wat is thermische diffusie

Thermische diffusiviteit van een materiaal is de thermische traagheid van dat materiaal. Het kan worden begrepen als het vermogen van een materiaal om warmte te geleiden, ten opzichte van de opgeslagen warmte per volume-eenheid.

De thermische diffusiviteit van een materiaal kan worden gedefinieerd als de thermische geleidbaarheid gedeeld door het product van specifieke warmtecapaciteit en dichtheid. Het kan wiskundig worden uitgedrukt als;

α (T) = K (T) / (_p(T) C_p(T))

α (T) = thermische diffusiviteit

Dat betekent, hoger de thermische diffusiviteit, hoger de thermische geleidbaarheid. Daarom geleiden materialen met een hogere thermische diffusiviteit snel warmte door hen heen. De thermische diffusiviteit van een gas is zeer gevoelig voor temperatuur en druk. De SI-eenheid voor het meten van thermische diffusie is m²s^-1.

In tegenstelling tot thermische geleidbaarheid is thermische diffusie niet een vaak gebruikte term. Het is echter een belangrijke fysische eigenschap van materialen die helpt om het vermogen van een materiaal om warmte te geleiden ten opzichte van de opgeslagen warmte per volume-eenheid te begrijpen..

Pyrolytisch grafiet heeft een thermische diffusie van 1,22 x 10^-3 m²/ s

Verschil tussen thermische geleidbaarheid en thermische diffusie

Definitie:

Warmtegeleiding: Thermische geleidbaarheid van een materiaal is een maat voor het vermogen van dat materiaal om er warmte door te geleiden.

Thermische diffusie: Thermische diffusiviteit kan worden begrepen als het vermogen van een materiaal om warmte te geleiden ten opzichte van de opgeslagen warmte per volume-eenheid.

Formule voor berekening

Warmtegeleiding (K) van een materiaal kan worden uitgedrukt als;

       K (T) = α (T) ρ (T) Cp (T)

Waar, α (T) - thermische diffusiviteit, ρ (T) - dichtheid, Cp (T) - specifieke warmtecapaciteit

Thermische diffusie (a) van een materiaal kan worden uitgedrukt in termen van thermische geleidbaarheid als;

      α (T) = K (T) / (ρ (T) Cp (T))

Aangegeven door:

Warmtegeleiding: K

Thermische diffusie: α

SI-eenheid:

Warmtegeleiding: W / mK

Thermische diffusie: m².

Dimensies

Warmtegeleiding: M¹L¹T^-3Θ^-1

Thermische diffusie: L².

 Afbeelding met dank aan: 

"Rough Diamond" door onbekende USGS-medewerker - Oorspronkelijke bron: website USGS "Minerals in Your World". Directe afbeeldingslink: [1] (Public Domain) via Commons Wikimedia

"Pyrolytic graphite" (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia