Η βασική διαφορά μεταξύ της θερμικής αγωγιμότητας και του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας είναι ότι η θερμική αγωγιμότητα σχετίζεται με τη χωρική μοριακή διάχυση της θερμότητας σε όλο το ρευστό, ενώ ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι μια σταθερά αναλογικότητας μεταξύ της παρεχόμενης θερμότητας και της θερμοδυναμικής κινητήριας δύναμης της ροής θερμότητας μέσω της μονάδας επιφάνειας.
Θερμική αγωγιμότητα είναι η ικανότητα ενός συγκεκριμένου υλικού να μεταφέρει τη θερμότητα μέσω του εαυτού του. Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας, από την άλλη πλευρά, είναι η σταθερά αναλογικότητας μεταξύ της ροής θερμότητας και της θερμοδυναμικής κινητήριας δύναμης για τη ροή της θερμότητας.
Τι είναι η θερμική αγωγιμότητα;
Η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να περιγραφεί ως η ικανότητα ενός συγκεκριμένου υλικού να μεταφέρει τη θερμότητα μέσω του εαυτού του. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τρεις τρόπους για να δηλώσουμε αυτόν τον όρο: k, λ ή κ. Γενικά, ένα υλικό που αποτελείται από υψηλή θερμική αγωγιμότητα εμφανίζει υψηλό ρυθμό μεταφοράς θερμότητας. Για παράδειγμα, τα μέταλλα έχουν συνήθως υψηλή θερμική αγωγιμότητα και είναι πολύ αποτελεσματικά στην αγωγή της θερμότητας. Αντίθετα, μονωτικά υλικά όπως το φελιζόλ έχουν χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και παρουσιάζουν χαμηλό ρυθμό μεταφοράς θερμότητας. Ως εκ τούτου, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα σε εφαρμογές ψύκτρας και υλικά με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα σε εφαρμογές θερμομόνωσης. Επιπλέον, η «θερμική αντίσταση» είναι το αντίστροφο της θερμικής αγωγιμότητας.
Μαθηματικά, μπορούμε να εκφράσουμε τη θερμική αγωγιμότητα ως q=-k∇T, όπου q είναι η ροή θερμότητας, k είναι η θερμική αγωγιμότητα και ∇T είναι η βαθμίδα θερμοκρασίας. Αυτό το ονομάζουμε «νόμο της αγωγιμότητας του Φουριέ».
Μπορούμε να ορίσουμε τη θερμική αγωγιμότητα ως τη μεταφορά ενέργειας λόγω τυχαίας μοριακής κίνησης σε μια βαθμίδα θερμοκρασίας. Μπορούμε να διακρίνουμε αυτόν τον όρο από τη μεταφορά ενέργειας μέσω μεταφοράς και μοριακής εργασίας, επειδή δεν περιλαμβάνει μικροσκοπικές ροές ή εσωτερικές τάσεις που επιφέρουν εργασία.
Όταν λαμβάνουμε υπόψη τις μονάδες μέτρησης για τη θερμική αγωγιμότητα, οι μονάδες SI είναι «Watts ανά μέτρο-Kelvin» ή W/m. K. Ωστόσο, σε αυτοκρατορικές μονάδες, μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμική αγωγιμότητα σε BTU/(h.ft.°F). Το BTU είναι μια βρετανική θερμική μονάδα, όπου h είναι ο χρόνος σε ώρες, ft είναι η απόσταση σε πόδια και F είναι η θερμοκρασία σε Φαρενάιτ. Επιπλέον, υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι μέτρησης της θερμικής αγωγιμότητας ενός υλικού: μέθοδοι σταθερής κατάστασης και μεταβατικές μέθοδοι.
Τι είναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας;
Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι η σταθερά αναλογικότητας μεταξύ της ροής θερμότητας και της θερμοδυναμικής κινητήριας δύναμης για τη ροή της θερμότητας. Είναι επίσης γνωστό ως συντελεστής φιλμ ή αποτελεσματικότητα φιλμ στη θερμοδυναμική. Συνήθως, ο συνολικός ρυθμός μεταφοράς θερμότητας για ορισμένα συστήματα εκφράζεται σε όρους συνολικής αγωγιμότητας ή συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, ο οποίος συμβολίζεται με U.
Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι χρήσιμος για τον υπολογισμό της μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή ή μετάβαση φάσης μεταξύ ενός ρευστού και ενός στερεού. Όταν εξετάζουμε τις μονάδες SI, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας έχει τις μονάδες W/(m2K) (βατ ανά τετραγωνικό μέτρο Kelvin).
Επιπλέον, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας μπορεί να περιγραφεί ως το αντίστροφο της θερμομόνωσης. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας για οικοδομικά υλικά και για μόνωση ρούχων.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της θερμικής αγωγιμότητας και του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας;
Η θερμική αγωγιμότητα και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι σημαντικοί όροι στη φυσική χημεία. Η βασική διαφορά μεταξύ της θερμικής αγωγιμότητας και του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας είναι ότι η θερμική αγωγιμότητα σχετίζεται με τη χωρική μοριακή διάχυση της θερμότητας σε όλο το ρευστό, ενώ ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι μια σταθερά αναλογικότητας μεταξύ της παρεχόμενης θερμότητας και της θερμοδυναμικής κινητήριας δύναμης της ροής θερμότητας μέσω μονάδα εμβαδού.
Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ θερμικής αγωγιμότητας και συντελεστή μεταφοράς θερμότητας.
Σύνοψη – Θερμική αγωγιμότητα έναντι συντελεστή μεταφοράς θερμότητας
Η βασική διαφορά μεταξύ της θερμικής αγωγιμότητας και του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας είναι ότι η θερμική αγωγιμότητα σχετίζεται με τη χωρική μοριακή διάχυση της θερμότητας σε όλο το ρευστό, ενώ ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι μια σταθερά αναλογικότητας μεταξύ της παρεχόμενης θερμότητας και της θερμοδυναμικής κινητήριας δύναμης της ροής θερμότητας μέσω της μονάδας επιφάνειας.
