檢視热传导的原始碼

[[File:热传导.jpg|缩略图|[https://pic.sogou.com/d?query=热传导&forbidqc=&entityid=&preQuery=&rawQuery=&queryList=&st=&did=8 原图链接][http://news.zxxk.com/article/274810.html 学科网自讯头条]]]
'''热传导'''是介质内无宏观运动时的传热现象，其在固体、液体和气体中均可发生，但严格而言，只有在固体中才是纯粹的热传导，而流体即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度所造成的密度差而产生自然对流，因此，在流体中热对流与热传导同时发生。

== 简介 ==
物体或系统内的温度差，是热传导的必要条件。或者说，只要介质内或者介质之间存在温度差，就一定会发生传热。热传导速率决定于物体内温度场的分布情况。

热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象叫 传热。热传导是三种传热模式（热传导、 对流、辐射）之一。它是固体中传热的主要方式，在不流动的液体或气体层中层层传递，在流动情况下往往与 热对流同时发生。

热传导实质是由物质中大量的 分子热运动互相撞击，而使 能量从物体的 高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。 在 固体中，热传导的微观过程是：在温度高的部分， 晶体中结点上的微粒振动动能较大。在低温部分，微粒振动动能较小。因微粒的振动互相作用，所以在 晶体内部 热能由动能大的部分向动能小的部分传导。 固体中热的传导，就是 能量的迁移。

在导体中，因存在大量的 自由电子，在不停地作无规则的热运动。一般 晶格震动的 能量较小，自由电子 在 金属晶体中对热的传导起主要作用。所以一般的电 导体也是热的良导体，但是也有例外，比如说钻石（Diamond）--事实上，珠宝商 可以通过测钻石的导热性来判断钻石的真假。在液体中热传导表现为：液体分子在温度高的区域热运动比较强，由于液体分子之间存在着相互作用，热运动的 能量将逐渐向周围层层传递，引起了热传导现象。由于热传导 系数小，传导的较慢，它与 固体相似；不同于气体，气体分子之间的间距比较大，气体依靠分子的无规则热运动以及分子间的碰撞，在气体内部发生 能量迁移，从而形成 宏观上的 热量传递。

热量从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。

== 数学表达 ==
傅立叶定律
当物体内的温度分布只依赖于一个空间坐标，而且温度分布不随时间而变时， 热量只沿温度降低的一个方向传递，这称为 一维 定态热传导。此时的热传导可用下式描述：

式中 为是热流密度，即在与传输方向相垂直的单位面积上，在x方向上的传热速率; 为温度; 为 热传递方向的坐标； 为 热导率。此式表明 正比于 温度梯度d /d ，但热流方向与温度梯度方向相反。此规律由法国物理学家 傅里叶于1822年首先提出，故称为 傅里叶定律。

热扩散方程
在最一般的热传导中，温度随时间和三个空间坐标而变化，且伴有 热量产生或者消耗（例如，[[反应热]]）。这时的热传导称为三维 非定态热传导，可用热扩散方程（Heat Equation）描述 ：

式中 为时间； 、 、 为 坐标轴； 为密度； 为定压 比热容；热扩散方程表明：在介质中任意一点处，由传导进入单位体积的净导热速率加上单位体积的热能产生速率必定等于单位体积内所贮存的能量变化速率 。
== 标题文字 ==
如果热导率k是一个常数，热扩散方程又可以表述如下：

α称为 热扩散系数, ，表示 非定态热传导过程中物体内部温度趋于均匀的能力，即导温系数越大，则温度趋于均匀越快； 为单位体积内 热量生成的 速率。

算例
一维定态热传导的计算 　以连续操作的窑炉中 热量通过炉壁的传递为例，热量从内壁面传到外壁面，按照傅立叶定律计算，得出热流量为：

式中 1和 2分别为壁的内外两侧面的温度； 为炉壁面面积; 为炉壁的厚度； 1- 2为传热的 推动力； 为传热速率。根据 电流等于电势差比阻力的概念， 是平壁面热传导的 热阻。由于热传导的速率正比于 热导率，所以 换热器中采用热导率高的材料(如铜、钢、 石墨等)作为传热间壁材料。在热绝缘设施中，采用 热导率低的材料（比如石棉 空气)作为[[绝热材料]]。

对于壁面相等的多层平壁，根据串联 热阻的概念，其热流量计算式为：

式中Δ 为最内层壁内侧面与最外层壁外侧面之间的温度差； 为层数。

非定态热传导计算 　如果操作是间歇的或周期性的，如蓄热器（见 换热器）的操作，这时热传导是非定态的。对于形状简单的物体（如平板、 长方体、柱体和圆球），可由式 (2)结合一定的 初始条件、边界条件求得 解析解，但通常求得的解很复杂，往往以 无穷级数形式表示。为便于应用，常将这些结果以图线表述。

对于 二维、三维等更复杂的热传导，难以用 解析法求解，一般可用 数值法求解，或者采用Ansys，或者Comsol等数值模拟软件进行计算。

热的导体
各种物体都能够传热，但是不同物质的热传导性能不同。容易传热的物体叫做热的良导体，不容易传热的物体叫做热的不良导体，金属都是热的良导体。瓷、木头和竹子、皮革、水都是不良导体。金属中最善于传热的是银，其次是铜和铝。最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花，石棉、软木和其他松软的物质。石棉常坐为绝热材料。液体，除了水银外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热。

== 工业应用 ==
工业上有许多以热传导为主的 传热过程，如橡胶制品的加热 硫化、钢锻件的热处理等。在窑炉、传热设备和热绝缘的设计计算及催化剂颗粒的温度分布分析中，热传导规律都占有重要地位。在高温高压设备（如 氨合成塔及大型 乙烯装置中的 废热锅炉等）的设计中，也需用热传导规律来计算设备各传热间壁内的 温度分布，以便进行热应力分析。<ref>[https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1603967048&ver=2674&signature=pHxM9vjYIKfiDLP-cwOL7HueLFWtzaH*oKJ-GXxA3nswz9sOtNZJaszFOc7x*4S8jFzMpHWQuE9WaMnSPXeubbOP8evfGsgdbsIpbPs57Sm5lum10dc-xFAE-W0a0Az-&new=1 AFM :非晶态材料中的热传导]微博</ref>


== 其他传热模式 ==
[[热对流]]
靠 气体或 液体的 流动来 传热的 方式叫做 热对流。 液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。

对流是液体和气体中 热传递的主要方式，气体的 对流现象比液体明显。

对流可分 [[自然对流]]和 [[强迫对流]]两种。自然对流往往 自然发生，是由于温度不均匀而引起的。 强迫对流是由于外界的影响对 流体搅拌而形成的。

[[热辐射]]
物体因自身的温度而具有向外以电磁波的形式发射 能量的本领，这种 热传递的方式叫做热辐射。热辐射虽然 也是 热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。

它能不依靠媒质把 热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以[[电磁辐射]] 的形式发出 能量，温度越高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的 红外光进行辐射，在500摄氏度以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至 紫外辐射。 热辐射是远距离传热的主要方式，如[[太阳]]的 热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给 地球的。<ref>[https://www.zhihu.com/question/374474842 热传递的本质是什么，是否真的无物质传播？]知乎</ref>

==參考來源 ==
{{Reflist}}
[[Category:330 物理学总论]]