Warmtegeleiding
Warmtegeleiding (of thermische geleiding) is de verplaatsing van warmte van een voorwerp naar een ander voorwerp dat een andere temperatuur heeft wanneer zij elkaar aanraken. Wij kunnen bijvoorbeeld onze handen verwarmen door hete waterflessen aan te raken. Wanneer de koude handen de heetwaterfles aanraken, stroomt de warmte van het hetere voorwerp (de heetwaterfles) naar het koudere voorwerp (de hand). Mensen maken dingen met verschillende thermische geleidbaarheid, bijvoorbeeld kookgerei om dingen te verwarmen of geïsoleerde recipiënten om hete dingen warm te houden of koude dingen koud.
Andere manieren om warmte over te brengen zijn door thermische straling en/of convectie. Gewoonlijk vinden meer dan een van deze processen tegelijkertijd plaats.
Als we een heetwaterkruik aanraken, krijgen we warmte door geleiding.
Microscopische verklaring
In de atoomtheorie zijn vaste stoffen, vloeistoffen en gassen gemaakt van kleine deeltjes die "atomen" worden genoemd. De temperatuur van het materiaal meet hoe snel de atomen bewegen en de warmte meet de totale hoeveelheid energie als gevolg van de trilling van de atomen.
Er kan sprake zijn van geleiding wanneer een deel van een materiaal wordt verwarmd. De atomen in dit deel gaan sneller trillen en hebben meer kans om hun buren te raken. Door de botsingen gaan die atomen ook sneller bewegen, waardoor de warmte-energie aan hen wordt doorgegeven. Op deze manier verplaatst de energie zich door de vaste stof. (Een beetje zoals energie langs een stel tuimelende dominostenen gaat).
Het atoombeeld helpt ook verklaren waarom geleiding belangrijker is in vaste stoffen: in vaste stoffen zitten de atomen dicht bij elkaar en kunnen ze niet bewegen. In vloeistoffen en gassen kunnen de deeltjes langs elkaar heen bewegen, zodat de botsingen minder vaak voorkomen.
Wet van warmtegeleiding
De wet van de warmtegeleiding, ook bekend als de wet van Fourier, houdt in dat de snelheid, in de tijd, van de warmteoverdracht door een materiaal evenredig is met de negatieve gradiënt in de temperatuur en met het gebied loodrecht op die gradiënt, waardoor de warmte stroomt:
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {Q}{{partiële t}}=-k 
waar:
Q de hoeveelheid overgedragen warmte is, en
t is de tijd die nodig is, en
k de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal is en
S de oppervlakte is waar de warmte doorheen stroomt, en
T is de temperatuur.
De warmtegeleidingscoëfficiënt varieert gewoonlijk met de temperatuur, maar bij sommige courante materialen kan de variatie klein zijn, over een aanzienlijk temperatuurbereik.
Lineaire warmtestroom
Vragen en antwoorden
V: Wat is warmtegeleiding?
A: Warmtegeleiding is de overdracht van warmte tussen twee voorwerpen van verschillende temperatuur wanneer ze met elkaar in contact komen.
V: Kan warmtegeleiding plaatsvinden tussen voorwerpen van dezelfde temperatuur?
A: Nee, warmtegeleiding treedt alleen op tussen voorwerpen met verschillende temperaturen.
V: Wat is een voorbeeld van warmtegeleiding?
A: Een voorbeeld van warmtegeleiding is het opwarmen van je handen door een warmwaterkruik aan te raken. Wanneer de koudere handen in contact komen met de warmere waterfles, stroomt er warmte van het warmere voorwerp naar het koudere.
V: Wat zijn enkele materialen met een verschillend warmtegeleidingsvermogen?
A: Kookgerei kan gemaakt zijn van materialen met verschillende thermische geleidbaarheid, net als geïsoleerde containers voor warme of koude voorwerpen.
V: Zijn er naast geleiding nog andere manieren om warmte over te dragen?
A: Ja, warmte kan ook worden overgedragen door straling en convectie.
V: Gebeuren alle warmteoverdrachtsprocessen afzonderlijk?
A: Nee, meestal vinden meer dan één van deze warmteoverdrachtsprocessen (geleiding, straling en convectie) tegelijkertijd plaats.
V: Kan warmteoverdracht plaatsvinden in een vacuüm?
A: Ja, warmteoverdracht door straling kan plaatsvinden in een vacuüm. Zo bereikt de warmte van de zon de aarde.
