Ključna razlika između toplinske vodljivosti i difuzije je u tome što se toplinska vodljivost odnosi na sposobnost materijala da provodi toplinu, dok se toplinska difuznost odnosi na mjerenje brzine prijenosa topline materijala od njegovog vrućeg kraja do hladan kraj.
Toplinska vodljivost i toplinska difuznost su dva pojma koja opisuju prijenos topline kroz određeni materijal.
Što je toplinska vodljivost?
Toplinska vodljivost je pojam koji opisuje sposobnost određenog materijala da provodi toplinu kroz sebe. Postoje tri načina na koje možemo označiti ovaj pojam: k, λ ili κ. Tipično, materijal koji ima visoku toplinsku vodljivost pokazuje visoku stopu prijenosa topline. Na primjer, metali obično imaju visoku toplinsku vodljivost i vrlo su učinkoviti u provođenju topline. Slično tome, izolacijski materijali kao što je stiropor imaju nisku toplinsku vodljivost i pokazuju nisku stopu prijenosa topline. Stoga možemo koristiti materijale s visokom toplinskom vodljivošću u primjenama hladnjaka, dok materijale s niskom toplinskom vodljivošću možemo koristiti u primjenama toplinske izolacije. Štoviše, "toplinska otpornost" je recipročna vrijednost toplinske vodljivosti.
Matematički, toplinsku vodljivost možemo izraziti kao q=-k∇T, gdje je q toplinski tok, k toplinska vodljivost, a ∇T temperaturni gradijent. To zovemo "Fourierov zakon provođenja topline".
Možemo definirati toplinsku vodljivost kao prijenos energije uslijed nasumičnog molekularnog gibanja kroz temperaturni gradijent. Stoga ovaj pojam možemo razlikovati od prijenosa energije putem konvekcije i molekularnog rada jer ne uključuje nikakve mikroskopske tokove ili unutarnje naprezanja koja izvode rad.
Kada se razmatraju mjerne jedinice za toplinsku vodljivost, SI jedinice su "Watti po metru-Kelvin" ili W/m. K. Međutim, u imperijalnim jedinicama možemo mjeriti toplinsku vodljivost u BTU/(h.ft.°F) gdje je BTU britanska toplinska jedinica, h je vrijeme u satima, ft je udaljenost u stopama, a F je temperatura u Fahrenheitu. Nadalje, postoje dva glavna načina mjerenja toplinske vodljivosti materijala: stacionarne i prijelazne metode.
Što je toplinska difuznost?
Toplinska difuznost je mjera brzine prijenosa topline materijala od vrućeg kraja do hladnog kraja. Dakle, to je toplinska vodljivost materijala podijeljena s gustoćom i specifičnim toplinskim kapacitetom pri konstantnom tlaku. Mjerna jedinica za ovaj parametar je m2/s. To je SI izvedena jedinica. Obično ovaj član možemo označiti kao α. Ali postoje i drugi simboli. Matematički izraz toplinske difuzije je sljedeći:
α=k/ρcp
Ovdje je k toplinska vodljivost, cp specifični toplinski kapacitet, a ρ si gustoća. Međutim, ρcp zajedno se naziva volumetrijski toplinski kapacitet.
Najčešće se toplinska difuznost mjeri flash metodom, koja uključuje zagrijavanje trake ili cilindričnog dijela uzorka materijala s kratkim energetskim impulsom na jednom kraju i analiziranje promjene temperature na maloj udaljenosti.
Koja je razlika između toplinske vodljivosti i difuzije?
Toplinska vodljivost i toplinska difuznost su dva pojma koja opisuju prijenos topline kroz određeni materijal. Ključna razlika između toplinske vodljivosti i difuzije je u tome što se toplinska vodljivost odnosi na sposobnost materijala da provodi toplinu, dok se toplinska difuznost odnosi na mjerenje brzine prijenosa topline materijala od njegovog vrućeg kraja do hladnog kraja.
U nastavku infografika tabelarno prikazuje razlike između toplinske vodljivosti i difuzije za usporedbu.
Sažetak – Toplinska vodljivost u odnosu na difuznost
Toplinska vodljivost i toplinska difuznost su dva pojma koja opisuju prijenos topline kroz određeni materijal. Ključna razlika između toplinske vodljivosti i difuznosti je u tome što se toplinska vodljivost odnosi na sposobnost materijala da provodi toplinu, dok se toplinska difuzivnost odnosi na mjerenje brzine prijenosa topline materijala od njegovog vrućeg kraja do hladnog kraja.
