熱の移動を科学する。 熱伝導とは何か？
熱は興味深いエネルギーの一形態です。 熱は生命を維持し、私たちを快適にし、食べ物を調理するのに役立つだけでなく、その特性を理解することは、多くの科学研究の分野で鍵となります。 たとえば、熱がどのように伝わるか、異なる材料がどの程度熱エネルギーを交換できるかを知ることは、ヒーターの製造や季節の変化の理解から、宇宙への船の送り出しまで、あらゆることを支配しています
熱は、伝導、対流、放射という 3 つの方法によってのみ伝えることができるのです。 このうち、伝導はおそらく最も一般的で、自然界で定期的に発生しています。 要するに、物理的な接触によって熱が伝わることです。
この伝達は、熱エネルギーが表面で吸収され、その表面の分子がより速く動くときに、分子レベル、つまりある身体から別の身体へ行われます。 このプロセスは、熱がまだ加わっている限り続きます。
熱伝導のプロセスは、温度勾配、関係する材料の断面、その経路長、およびそれらの材料の特性の 4 つの基本要因に依存します。 温度は常に最も熱いものから最も冷たいものへと流れるが、これは冷たさが熱エネルギーの不在にほかならないという事実によるものである。 物体間のこの移動は、温度差が減衰し、熱平衡と呼ばれる状態が発生するまで続く。 移動に関わる物質の大きさが大きいほど、それを温めるために必要な熱量は多くなる。 また、外気にさらされる表面積が大きいほど、熱が失われる可能性が高くなります。
最後に、関係する材料の物理的特性について説明します。 基本的に、熱伝導に関して言えば、すべての物質が同じように作られているわけではありません。 金属や石は熱をすばやく伝えるので良導体とみなされますが、木、紙、空気、布などの材料は熱伝導率が低くなります。
これらの伝導性は、銀を基準にした「係数」によって評価されます。 この点で、銀の熱伝導係数は100であり、他の材料はそれより低いランクになります。 銅（92）、鉄（11）、水（0.12）、木（0.03）などがそれにあたります。
熱伝導率の低い物質は絶縁体と呼ばれる。 熱伝導率が0.006の空気は、密閉された空間に封じ込めることができるため、例外的な絶縁体である。 そのため、人工的な断熱材は空気の区画を利用しており、例えば暖房費を削減するために使われる二重窓ガラスはその一例である。
羽毛、毛皮、天然繊維はすべて天然の断熱材の一例です。 これらは、鳥や哺乳類、そして人間が暖かく過ごせるようにするための素材です。 たとえばラッコは、寒さの厳しい海域に生息していますが、贅沢な厚さの毛皮で体を温めています。
これと同じ論理が、住宅やビル、さらには宇宙船の断熱にも適用されています。 これらのケースでは、壁の間のエアポケット、グラスファイバー（中に空気を閉じ込める）、または高密度の発泡体などの方法が用いられます。 宇宙船は特殊で、発泡体、強化炭素複合材、シリカファイバータイルなどの形で断熱材が使われている。
スペースシャトルの熱伝導タイルのデモを動画でご覧ください：
熱伝導を支配する法則は、電気伝導を支配するオームの法則に非常によく似ています。 この場合、良導体とは、電流 (すなわち電子) をあまり問題なく通過させる材料のことです。 これに対して、電気絶縁体とは、内部の電荷が自由に流れず、電界の影響を受けて電流を流すのが非常に難しい物質のことです
ほとんどの場合、熱伝導の悪い物質は電気伝導も悪いのです。 たとえば、銅は熱と電気の両方をよく通すので、銅線は電子機器の製造に広く使われている。
また、電荷を「接地」（中和）しようとする場合、物理的な接続を通して地球に送ると、そこで電荷が失われる。 これは、露出した金属が要因である電気回路で一般的で、誤って接触した人が感電しないようにします。
靴底のゴムなどの絶縁材料は、敏感な材料や電気源の周りで作業する人が電荷から確実に保護されるように着用します。 ガラス、ポリマー、または磁器のような他の絶縁材料は、電力線および高電圧の送信機に一般的に使用され、回路への電力供給を維持します（それ以外は何もしません！）
要するに、伝導は熱または電荷の移動に帰結します。
私たちは、ユニバース・トゥデイで伝導に関する記事をたくさん書いてきました。 熱力学の第一法則に関するこの記事や、静電気に関するこの記事をご覧ください。
伝導についてもっと知りたい方は、熱伝導に関する BBC の記事をご覧ください。 どこでも磁性」
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