Heat Transmission by Conduction: Fourier's Law

Heat Transmission by Conduction

Fourier's Law

• States that the heat flux (q) is proportional to the negative gradient of temperature (dT/dx) in a material
• Mathematically represented as: q = -k * A * (dT/dx)
• Where:
  • q: heat flux (W/m²)
  • k: thermal conductivity (W/mK)
  • A: cross-sectional area (m²)
  • dT/dx: temperature gradient (K/m)

Heat Flux

• Defined as the amount of heat energy transferred per unit area per unit time
• Units: W/m²
• Heat flux is a vector quantity, with both magnitude and direction
• Direction of heat flux is from high temperature to low temperature

Thermal Conductivity

• Defined as the ability of a material to conduct heat
• Units: W/mK
• Depends on the material's physical properties, such as:
  • Density
  • Specific heat capacity
  • Molecular structure
• Higher thermal conductivity means better heat conduction
• Examples of materials with high thermal conductivity:
  • Metals (e.g., copper, silver)
  • Low thermal conductivity materials:
    • Insulators (e.g., wood, plastic)
    • Gases (e.g., air, helium)

Transmisión de Calor por Conducción

• La ley de Fourier establece que el flujo de calor (q) es proporcional al gradiente negativo de temperatura (dT/dx) en un material.
• La ley de Fourier se representa matemáticamente como: q = -k * A * (dT/dx).
• Donde:
  • q: flujo de calor (W/m²).
  • k: conductividad térmica (W/mK).
  • A: área de sección transversal (m²).
  • dT/dx: gradiente de temperatura (K/m).

Flujo de Calor

• Se define como la cantidad de energía de calor transferida por unidad de área por unidad de tiempo.
• Unidad: W/m².
• El flujo de calor es una cantidad vectorial, con magnitud y dirección.
• La dirección del flujo de calor es de alta temperatura a baja temperatura.

Conductividad Térmica

• Se define como la capacidad de un material para conducir calor.
• Unidad: W/mK.
• Depende de las propiedades físicas del material, como:
  • Densidad.
  • Capacidad calórica específica.
  • Estructura molecular.
• Una mayor conductividad térmica significa una mejor conducción de calor.
• Ejemplos de materiales con alta conductividad térmica:
  • Metales (por ejemplo, cobre, plata).
• Ejemplos de materiales con baja conductividad térmica:
  • Aislantes (por ejemplo, madera, plástico).
  • Gases (por ejemplo, aire, helio).

Aprende sobre la transmisión de calor por conducción, la ley de Fourier y la fluxión de calor. Descubre la fórmula matemática y los conceptos clave detrás de este proceso.