250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 74)

Định luật Fourier về dẫn nhiệt

1822

Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830)

“Nhiệt không thể tách rời với lửa, hay nét đẹp từ Cõi vĩnh hằng,” Dante Alighieri viết. Bản chất của nhiệt cũng đã cuốn hút nhà toán học Pháp Joseph Fourier, người nổi tiếng với công thức về sự dẫn nhiệt ở các vật liệu rắn. Định luật Dẫn nhiệt của ông nói rằng tốc độ của dòng nhiệt giữa hai điểm trong một vật liệu tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ của hai điểm đó và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai điểm.

Giả sử chúng ta đặt một đầu của một con dao kim loại vào một tách ca cao nóng, thì nhiệt độ của đầu kia con dao bắt đầu tăng lên. Sự truyền nhiệt này là do bởi các phân tử ở đầu nóng trao đổi động năng và các năng lượng dao động của chúng với các vùng lân cận trong con dao thông qua các chuyển động ngẫu nhiên. Tốc độ của dòng năng lượng, có thể nghĩ là “dòng nhiệt”, tỉ lệ với hiệu nhiệt độ tại điểm A và B, và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa A và B. Điều này có nghĩa là dòng điện sẽ tăng gấp đôi nếu hiệu nhiệt độ tăng gấp đôi hoặc độ dài con dao giảm một nửa.

Giả sử chúng ta đặt U là độ dẫn nhiệt của vật liệu – nghĩa là, số đo khả năng dẫn nhiệt của một vật liệu – thì chúng ta có thể đưa biến này vào Định luật Fourier. Trong số các chất dẫn nhiệt tốt nhất, theo trật tự giá trị độ dẫn nhiệt, là kim cương, ống nano carbon, bạc, đồng, và vàng. Cùng với việc sử dụng các thiết bị đơn giản, độ dẫn nhiệt cao của kim cương thỉnh thoảng được sử dụng để giúp các chuyên gia phân biệt kim cương thật với hàng giả. Kim cương thuộc mọi kích cỡ đều mát tay khi chạm vào là do độ dẫn nhiệt cao của chúng, điều đó có thể giúp lí giải vì sao từ “băng” (ice) hay được dùng để ám chỉ kim cương.

Mặc dù Fourier đã tiến hành công trình nền tảng về sự truyền nhiệt, song ông chưa bao giờ giỏi ở việc điều chỉnh dòng nhiệt cơ thể. Ông lúc nào cũng bị lạnh, kể cả vào mùa hè, nên ông thường mặc vài lớp áo khoác lớn. Trong những tháng cuối đời mình, Fourier thường chui vào trong một cái hộp khi về nhà để giữ nhiệt cho cơ thể yếu ớt của ông.

Quặng đồng thô. Đồng dẫn nhiệt và dẫn điện đều tuyệt vời.

XEM THÊM. Phân tích Fourier (1807), Động cơ Carnot (1824), Định luật Joule về sự tỏa nhiệt do dòng điện (1840), Cái phích (1892).

Sự truyền nhiệt bởi các phương tiện khác nhau giữa một vai trò thiết yếu trong sự phát triển của các bể nhiệt cho chip máy tính. Trong ảnh này, vật ở giữa là một cái đế hình chữ nhật dùng để truyền nhiệt ra khỏi con chip.

250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí
Clifford A. Pickover
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>