熱伝導計算機 (フーリエの法則)

熱伝導（Conduction）とは？

熱の伝わり方には「伝導」「対流」「放射」の3つの種類がありますが、この計算機で扱うのは「伝導（Conduction）」です。 伝導とは、物質内部で分子や原子の振動が隣へ隣へと伝わっていく現象です。 熱いお茶にスプーンを入れると、持ち手まで熱くなるのが典型的な例です。 金属のように自由電子を持つ物質は熱を伝えやすく（良導体）、木材や空気のように自由電子が少ない物質は熱を伝えにくい（断熱材）性質があります。

フーリエの法則

定常状態における一次元の熱伝導は、フランスの数学者ジョゼフ・フーリエによって定式化された以下の式で表されます。

$$ Q = k \cdot A \cdot \frac{\Delta T}{d} $$

• Q (Heat Transfer Rate): 単位時間あたりに移動する熱量 [W, ワット = J/s]。
• k (Thermal Conductivity): 熱伝導率 [W/(m·K)]。物質固有の値。数値が大きいほど熱をよく伝えます。
• A (Area): 熱が通過する断面積 [m²]。広いほどたくさんの熱が通ります。
• ΔT (Temperature Difference): 両端の温度差 [K または °C]。温度差が大きいほど熱は速く流れます。
• d (Thickness): 距離や厚さ [m]。厚いほど熱は伝わりにくくなります（式では分母に来ます）。

主な物質の熱伝導率 ($k$)

熱伝導率は物質選びにおいて極めて重要なパラメータです。