5. Теплопроводность

Если в физической системе имеется градиент температур, то отступление от теплового хаотического движения молекул приводит к направленному переносу внутренней энергии газа. Молекулы, из более горячих областей, попадая в области с более низкой температурой, отдают свою энергию окружающим молекулам, т. е. возникает теплопроводность.

Явление переноса потока тепла из более нагретых областей физической системы в менее нагретые, называют теплопроводностью.

Рис. 4

В случае одномерного движения для описания теплопроводности можно использовать закон Фурье

 , (11)

где q – тепловой поток; S – площадка, расположенная перпендикулярно потоку; t – время движения теплового потока; – градиент температуры в направлении оси Х;  – коэффициент теплопроводности. Знак «» в (11) указывает на то, что при теплопроводности перенос внутренней энергии происходит в направлении понижения температуры.

Следовательно, знаки q и противоположны (рис. 4, а, б).

Согласно молекулярно-кинетической теории, коэффициент теплопроводности можно записать в виде

 = , (12)

где С_v – теплоемкость газа при постоянном объеме.

В СИ коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м²К.

Если ввести понятие вектора потока тепла диффундирующих молекул, то в общем случае трехмерной диффузии закон Фурье запишется в виде:

где T – температура .

Газы и жидкости обладают относительно слабой теплопроводностью по сравнению с металлами, так как в металлах тепло переносится свободными электронами из-за их большой скорости и тепловыми колебательными движениями атомов в узлах кристаллической решетки.