Wat is thermische geleiding?
Thermische geleiding verwijst naar de overdracht van thermische energie vanwege een object met verschillende temperaturen. Om thermische energie met behulp van geleiding over te dragen, mag er geen beweging van het object als geheel zijn. Thermische energie gaat altijd van een hogere concentratie naar een lagere concentratie, dat wil zeggen van warm naar koud. Daarom zal, als een deel van een object heet is, de warmte via thermische geleiding worden overgedragen naar het koelere deel van dat object. Thermische geleiding vindt ook plaats als twee verschillende objecten met verschillende temperaturen elkaar raken.
De deeltjes - zoals atomen en moleculen - van een object met hoge thermische energie zullen sneller bewegen dan die van een object met lage thermische energie. Wanneer de deeltjes worden verwarmd, kunnen ze zich verplaatsen en tegen elkaar botsen, waardoor ze energie overdragen. In het geval van veel vaste stoffen trillen de deeltjes sneller, waardoor de omringende deeltjes trillen. Wanneer thermische energie wordt overgedragen, zullen de sneller bewegende deeltjes langzamer worden, waardoor ze koeler worden, en de langzamer bewegende deeltjes zullen sneller bewegen en dus warmer worden. Dit gaat zo door totdat het object thermisch evenwicht bereikt.
Een voorbeeld van warmtegeleiding is een metalen pot op het fornuis. De deeltjes van de warmtebron bewegen en brengen thermische energie over op de deeltjes van het metaal, waardoor ze sneller bewegen. Naarmate de deeltjes in de pot sneller bewegen, wordt de pot warmer. Bovendien zullen de deeltjes in de pot hun warmte overdragen aan het voedsel of de vloeistof in de pot. Hierdoor kan het voedsel koken of de vloeistof koken.
De snelheid waarmee een object warmte door geleiding overdraagt, wordt thermische geleidbaarheid genoemd. Een object met een lage geleidbaarheid zal warmte langzamer overbrengen dan een object met een hoge geleidbaarheid. Dit is de reden waarom sommige stoffen worden gebruikt als isolatoren, terwijl andere worden gebruikt in toepassingen zoals koken. Over het algemeen zijn vaste stoffen betere warmtegeleiders dan vloeistoffen en gassen. Bovendien zijn metalen meestal betere warmtegeleiders dan niet-metalen stoffen.
Thermische geleiding veroorzaakt door bewegende elektronen is efficiënter dan geleiding veroorzaakt door trillingen. De reden dat metalen zulke goede geleiders zijn van zowel warmte als elektriciteit, is omdat ze veel elektronen hebben die kunnen bewegen. De elektronen gaan echter in het algemeen niet erg ver bij het geleiden van thermische energie, maar botsen eerder in en brengen thermische energie over op andere elektronen in de buurt die vervolgens kunnen botsen en thermische energie overbrengen naar andere elektronen in de buurt van hen. Het resultaat is een efficiënte methode voor energieoverdracht die dergelijke stoffen een hoge thermische geleidbaarheid geeft.