伝導とは、互いに接触している粒子の動きによるエネルギーの伝達を指します。物理学では、「伝導」という言葉は、伝達されるエネルギーのタイプによって定義される 3 つの異なるタイプの動作を表すために使用されます。
- 熱伝導 (または熱伝導) は、誰かが熱い金属製のフライパンのハンドルに触れるなど、直接接触することで、温かい物質から冷たい物質にエネルギーが移動することです。
- 電気伝導 家の送電線を流れる電気など、媒体を介した荷電粒子の移動です。
- 音の伝導 (または音響伝導) は、壁を通過する大音量の音楽からの振動など、媒体を介した音波の伝達です。
良好な伝導を提供する素材は、導体と呼ばれます 、一方、伝導性の低い材料は 絶縁体と呼ばれます .
熱伝導
熱伝導は、原子レベルでは、粒子が隣接する粒子と物理的に接触するときに熱エネルギーを物理的に伝達するものとして理解できます。これは、気体または液体内の熱の伝達は通常対流と呼ばれますが、気体の動力学理論による熱の説明に似ています。経時的な熱伝達率は熱流と呼ばれ、材料の熱伝導率によって決まります。これは、材料内での熱の伝導のしやすさを示す量です。
たとえば、上の画像に示すように、鉄の棒の一方の端が加熱された場合、熱は棒内の個々の鉄原子の振動として物理的に理解されます。棒の低温側にある原子は、より少ないエネルギーで振動します。エネルギー粒子が振動すると、隣接する鉄原子と接触し、そのエネルギーの一部を他の鉄原子に伝えます。時間が経つにつれて、バー全体が同じ温度になるまで、バーの高温端はエネルギーを失い、バーの低温端はエネルギーを獲得します。これは、熱平衡として知られる状態です。
ただし、熱伝達を考慮すると、上記の例には重要な点が 1 つ欠けています。鉄の棒は孤立したシステムではありません。言い換えれば、加熱された鉄原子からのエネルギーのすべてが伝導によって隣接する鉄原子に伝達されるわけではありません。真空チャンバー内の絶縁体で吊り下げられていない限り、鉄の棒はテーブルやアンビルなどの物体とも物理的に接触しており、周囲の空気とも接触しています。空気粒子が棒と接触すると、それらもエネルギーを獲得し、棒から運び去ります (移動していない空気の熱伝導率は非常に小さいため、ゆっくりとではありますが)。また、バーは非常に熱く、光っています。これは、熱エネルギーの一部を光の形で放射していることを意味します。これは、振動している原子がエネルギーを失っている別の方法です。そのままにしておくと、バーは最終的に冷却され、周囲の空気との熱平衡に達します。
電気伝導
電気伝導は、物質が電流を通過させるときに発生します。これが可能かどうかは、電子が材料内でどのように結合されているかという物理構造と、原子がどれだけ容易に 1 つまたは複数の外部電子を隣接原子に解放できるかによって決まります。物質が電流の伝導を阻害する程度は、物質の電気抵抗と呼ばれます。
特定の材料をほぼ絶対零度まで冷却すると、すべての電気抵抗が失われ、エネルギーを失うことなく電流が流れるようになります。これらの物質は超伝導体と呼ばれます。
音の伝導
音は振動によって物理的に生成されるため、おそらく伝導の最も明白な例です。音は、材料、液体、または気体内の原子を振動させ、材料を通して音を伝達または伝導します。音響絶縁体は、個々の原子が振動しにくい材料であり、防音に使用するのに最適です.
