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輸入計算

數學公式

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結果

熱導率(k)
2
W/(m·K)
熱傳速率(功率) 3,000 W
熱阻(R = d/k) 0.01 m²·K/W

什麼是熱導率計算器?

這個計算器可以求出材料的熱導率(k),也就是衡量物質傳遞熱量難易程度的指標。它以傅立葉一維穩態熱傳導定律為基礎,計算結果以瓦特每公尺克耳文 W/(m·K) 表示。熱導率高的材料(例如銅)能迅速傳遞熱量;而隔熱材料(例如泡棉或木材)的熱導率則很低。

使用方法

請依序輸入:傳遞的總熱量(Q,單位焦耳)、熱流方向上的材料厚度(d,單位公尺)、垂直於熱流的截面積(A,單位 m²)、材料兩側的溫差(ΔT,單位克耳文或 °C——因為每一度的大小相同,兩者可通用),以及熱量流經的時間(t,單位秒)。計算器會回傳熱導率 \(k\),並同時提供熱傳速率(功率)與熱阻 \(R = d/k\)。

公式說明

核心方程式為:

$$k = \frac{\text{Heat } Q \cdot \text{Thickness } d}{\text{Area } A \cdot \Delta T \cdot \text{Time } t}$$

其中 \(Q/t\) 即為熱流速率(功率,單位瓦特)。將傅立葉定律 \(Q/t = k \cdot A \cdot \Delta T / d\) 進行移項,求解 \(k\) 即可得到上述公式。當較厚的樣本能讓更多熱量通過時,熱導率較高;而若需要很大的面積或很大的溫差才能驅動相同的熱量,熱導率則較低。

熱量從熱面向冷面流過厚度為d、面積為A的板
在溫差ΔT的驅動下,熱量Q通過面積為A、厚度為d的板進行傳導。

範例演算

假設有 \(Q = 30{,}000 \text{ J}\) 的熱量通過一塊厚度 \(d = 0.02 \text{ m}\)、面積 \(A = 1 \text{ m}^2\) 的板材,兩側溫差 \(\Delta T = 30 \text{ K}\),歷時 \(t = 10 \text{ s}\)。則 $$k = \frac{30000 \times 0.02}{1 \times 30 \times 10} = \frac{600}{300} = 2.0 \ \text{W/(m}\cdot\text{K)}$$ 熱傳速率為 \(Q/t = 3{,}000 \text{ W}\),熱阻則為 \(R = d/k = 0.02 / 2 = 0.01 \ \text{m}^2\cdot\text{K/W}\)。

常見問題

ΔT 一定要用克耳文嗎?30 °C 的溫差等同於 30 K,因此只要代入的是「溫差」而非絕對溫度,兩種單位皆可使用。

如果算出的 k 異常偏高或偏低怎麼辦?請再次確認單位——厚度必須用公尺、面積必須用平方公尺。金屬的熱導率通常落在 50–400 W/(m·K),隔熱材料則低於 0.1 W/(m·K)。

可以反過來求熱量嗎?可以——只要已知材料的熱導率,將公式移項為 $$Q = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T \cdot t}{d}$$ 即可。

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