Η βασική διαφορά μεταξύ θερμικής αγωγιμότητας και διάχυσης είναι ότι η θερμική αγωγιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει θερμότητα, ενώ η θερμική διάχυση αναφέρεται στη μέτρηση του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας ενός υλικού από το θερμό άκρο του στο ψυχρό τέλος.
Η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική διάχυση είναι δύο όροι που περιγράφουν τη μεταφορά θερμότητας μέσω ενός συγκεκριμένου υλικού.
Τι είναι η θερμική αγωγιμότητα;
Η θερμική αγωγιμότητα είναι ένας όρος που περιγράφει την ικανότητα ενός συγκεκριμένου υλικού να μεταφέρει τη θερμότητα μέσω του εαυτού του. Υπάρχουν τρεις τρόποι με τους οποίους μπορούμε να δηλώσουμε αυτόν τον όρο: k, λ ή κ. Τυπικά, ένα υλικό που έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα παρουσιάζει υψηλό ρυθμό μεταφοράς θερμότητας. Για παράδειγμα, τα μέταλλα έχουν συνήθως υψηλή θερμική αγωγιμότητα και είναι πολύ αποτελεσματικά στην αγωγή της θερμότητας. Ομοίως, 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 ενώ μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε 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 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. Επομένως, 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) όπου BTU είναι βρετανική θερμική μονάδα, 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 η θερμική διάχυση;
Η θερμική διάχυση είναι το μέτρο του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας ενός υλικού από το θερμό άκρο στο ψυχρό άκρο. Επομένως, είναι η θερμική αγωγιμότητα ενός υλικού διαιρούμενη με την πυκνότητα και την ειδική θερμοχωρητικότητα σε σταθερή πίεση. Η μονάδα μέτρησης για αυτήν την παράμετρο είναι m2/s. Είναι μια μονάδα που προέρχεται από το SI. Συνήθως, μπορούμε να ονομάσουμε αυτόν τον όρο ως α. Υπάρχουν όμως και άλλα σύμβολα. Η μαθηματική έκφραση της θερμικής διάχυσης είναι η εξής:
α=k/ρcp
Εδώ, k είναι η θερμική αγωγιμότητα, cp είναι ειδική θερμοχωρητικότητα και ρ si η πυκνότητα. Ωστόσο, ρcp μαζί ονομάζεται ογκομετρική θερμοχωρητικότητα.
Πιο συχνά, η θερμική διάχυση μετριέται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο φλας, η οποία περιλαμβάνει θέρμανση μιας λωρίδας ή ενός κυλινδρικού τμήματος δείγματος υλικού με σύντομο ενεργειακό παλμό στο ένα άκρο και ανάλυση της αλλαγής θερμοκρασίας σε μικρή απόσταση.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ θερμικής αγωγιμότητας και διάχυσης;
Η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική διάχυση είναι δύο όροι που περιγράφουν τη μεταφορά θερμότητας μέσω ενός συγκεκριμένου υλικού. Η βασική διαφορά μεταξύ της θερμικής αγωγιμότητας και της διάχυσης είναι ότι η θερμική αγωγιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει θερμότητα, ενώ η θερμική διάχυση αναφέρεται στη μέτρηση του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας ενός υλικού από το θερμό άκρο του στο ψυχρό άκρο.
Στο παρακάτω infographic παρουσιάζονται οι διαφορές μεταξύ θερμικής αγωγιμότητας και διάχυσης για σύγκριση δίπλα-δίπλα.
Σύνοψη – Θερμική αγωγιμότητα έναντι διάχυσης
Η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική διάχυση είναι δύο όροι που περιγράφουν τη μεταφορά θερμότητας μέσω ενός συγκεκριμένου υλικού. Η βασική διαφορά μεταξύ της θερμικής αγωγιμότητας και της διάχυσης είναι ότι η θερμική αγωγιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει τη θερμότητα ενώ η θερμική διάχυση αναφέρεται στη μέτρηση του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας ενός υλικού από το θερμό άκρο του στο ψυχρό άκρο.
