Värmeledning
Värmekonduktion (eller värmeledning) är rörelsen av värme från ett föremål till ett annat som har en annan temperatur när de rör vid varandra. Vi kan till exempel värma våra händer genom att röra vid varmvattenflaskor. När de kalla händerna rör vid varmvattenflaskan flödar värme från det varmare föremålet (varmvattenflaskan) till det kallare (handen). Människor tillverkar saker med olika värmeledningsförmåga, t.ex. kokkärl för att värma upp saker eller isolerade behållare för att hålla varma saker varma eller kalla saker kalla.
Andra sätt att överföra värme är genom värmestrålning och/eller konvektion. Vanligtvis sker mer än en av dessa processer samtidigt.
Genom att röra vid en varmvattenflaska får vi värme genom ledning.
Mikroskopisk förklaring
Enligt atomteorin består fasta ämnen, vätskor och gaser av små partiklar som kallas "atomer". Materialets temperatur är ett mått på hur snabbt atomerna rör sig och värmen är ett mått på den totala energimängden som beror på atomernas vibrationer.
Ledning kan ske när en del av ett material värms upp. Atomerna i denna del vibrerar snabbare och har större sannolikhet att träffa sina grannar. Kollisionerna gör att dessa atomer också rör sig snabbare och överför värmeenergin till dem. På detta sätt rör sig energin genom det fasta materialet (ungefär som när energi rör sig längs en uppsättning tumlande dominobrickor).
Den atomära bilden hjälper också till att förklara varför ledning är viktigare i fasta material: i fasta material ligger atomerna nära varandra och kan inte röra sig. I vätskor och gaser kan partiklarna röra sig förbi varandra, så kollisionerna är mindre vanliga.
Lagen om värmeledning
Lagen om värmeledning, även känd som Fouriers lag, innebär att värmeöverföringshastigheten i tid genom ett material är proportionell mot den negativa gradienten i temperaturen och mot den yta i rät vinkel mot gradienten genom vilken värmen strömmar:
∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\partial Q}{\partial t}}=-k\oint _{S}{\nabla T\cdot \,dS}} 
där:
Q är den överförda värmemängden, och
t är den tid som går åt, och
k är materialets värmeledningsförmåga" och
S är den yta genom vilken värmen strömmar, och
T är temperaturen.
Värmekonduktiviteten varierar vanligtvis med temperaturen, men variationen kan vara liten inom ett stort temperaturområde för vissa vanliga material.
Linjärt värmeflöde
Frågor och svar
F: Vad är värmeledning?
S: Värmeledning är överföring av värme mellan två föremål med olika temperaturer när de kommer i kontakt med varandra.
F: Kan värmeledning ske mellan föremål med samma temperatur?
S: Nej, värmeledning sker endast mellan föremål som har olika temperaturer.
F: Vad är ett exempel på värmeledning?
S: Ett exempel på värmeledning är att värma händerna genom att röra vid en varmvattenflaska. När de kallare händerna kommer i kontakt med den varmare vattenflaskan strömmar värmen från det varmare föremålet till det kallare.
Fråga: Vilka material har olika värmeledningsförmåga?
S: Köksredskap kan tillverkas av material med olika värmeledningsförmåga, liksom isolerade behållare för varma eller kalla föremål.
F: Finns det andra sätt att överföra värme än genom ledning?
S: Ja, värme kan också överföras genom strålning och konvektion.
F: Sker alla värmeöverföringsprocesser separat?
S: Nej, vanligtvis sker mer än en av dessa värmeöverföringsprocesser (ledning, strålning och konvektion) samtidigt.
F: Kan värmeöverföring ske i vakuum?
S: Ja, värmeöverföring genom strålning kan ske i vakuum. Det är så solens värme når jorden.
