background image

1. Ciepło właściwe, definicje, związki z entalpią i energią wewnętrzną 

 
Ciepło właściwe – energia termiczna potrzebna do podniesienia temperatury jednej jednostki 
masy  ciała  o  jedną  jednostkę  temperatury.  W  układzie  SI  ciepło  właściwe  podaje  się  w 
dżulach na kilogram razy kelwin: 

Ciepło  właściwe  jest  to  wielkość,  która  charakteryzuje  każdą  substancję  pod  względem 
energetycznym. 
 
Ciepło właściwe masowe: 
Ciepło  właściwe  (oznaczane  małą  literą  c)  wprowadza  się  jako  współczynnik 
proporcjonalności w prawie fizycznym mówiącym, że: 

Zmiana energii wewnętrznej (∆E) ciała jest proporcjonalna do masy ciała (m) i zmiany 
temperatury (∆t). 

 

 
Prawo  to  jest  prawem  doświadczalnym  i  spełnione  jest  z  pewnym  przybliżeniem  oraz  pod 
warunkiem, że ciało nie zmienia stanu skupienia lub fazy. 
Formalnie ciepło właściwe określa wzór: 

 

gdzie: 

c - ciepło właściwe, (J/kg K), 
m - masa substancji, 
Q - ciepło dostarczane do układu, 
T - temperatura. 

 
Ciepło  właściwe  ciał  stałych  i  cieczy  jest  niezmienną  cechą  zależną  tylko  od  struktury 
chemicznej  tych  ciał  i  nie  zależy  od  ich  kształtu  i  rozmiarów.  Ciepło  właściwe  większości 
substancji zmienia się jednak nieznacznie ze zmianami temperatury nawet w obrębie jednego 
stanu skupienia. 
Wprowadza się także, przez analogię, ciepła właściwe odniesione nie do jednostki masy, lecz 
do  jednostki  objętości  lub  jednego  mola  substancji.  Nazywa  się  je  wówczas  odpowiednio 
ciepłem właściwym objętościowym lub ciepłem właściwym molowym
 
Energia wewnętrzna  i entalpia gazów doskonałych i półdoskonałych: 
  

du = c

v

 dT 

 
di = c

p

 dT 

 
c

p

 / c

v

 = (M

 

c

p

) / (M

 

c

v

) = κ 

Gazy doskonałe: 

 

c

p

 = idem, c

v

 = idem 

 
Gazy półdoskonałe: 
c

p

 = c

p

 (T), c

v

 = c

v

 (T) 

 

 
 
 

background image

Ciepło właściwe gazów: 
Gaz  charakteryzuje  się  ściśliwością,  czyli  zmianą  np.  ciśnienia  podczas  zmiany  objętości 
naczynia, w którym zamknięta jest rozpatrywana ilość gazu. Ściśliwość gazów powoduje, że 
inną ilość ciepła należy dostarczyć ogrzewając gaz o 1°C przy niezmiennym ciśnieniu, a inną 
- przy niezmiennej objętości. W pierwszym przypadku, pozwalamy na pewną ekspansję, czyli 
wzrost  objętości.  Powodujemy  więc  jakby  pewne  rozprężanie  gazu,  a  więc  jego  pewne 
ochłodzenie,  czyli  należy  dostarczyć  więcej  ciepła, aby uzyskać przyrost temperatury o 1°C. 
Jeśli  ogrzewamy  gaz  przy  niezmiennej  objętości,  to  powodujemy  pewne  "jakby-sprężanie" 
gazu,  bo  gaz  normalnie  podczas  ogrzewania  "chciałby"  zwiększyć  swoją  objętość.  Z 
rozważań  tych  wynika,  że  ciepło  właściwe  przemiany  realizowanej  przy  stałym  ciśnieniu 
(przemiana izobaryczna) będzie zawsze większe, niż ciepło właściwe przemiany realizowanej 
przy stałej objętości (przemiana izochoryczna). 
Różnica obu tych ciepeł jest równa indywidualnej stałej gazowej R, występującej w równaniu 
stanu gazu doskonałego: 

 

 
Natomiast stosunek obu tych ciepeł daje w wyniku wykładnik adiabaty κ: 

 

 
Ciepło  właściwe  gazów  doskonałych  nie  zależy  od  temperatury.  Jeśli  więc  ogrzewamy  1  kg 
gazu o 1°C od temperatury 0°C do 1°C, to musimy dostarczyć tyle samo ciepła, co podczas 
ogrzewania  od  100°C  do  101°C.  W  przypadku  gazów  rzeczywistych  ciepło  właściwe 
(zarówno  c

p

  jak  i  c

v

)  jest  zależne  od  temperatury.  Rośnie  ono  wraz  z  temperaturą,  a  więc 

ogrzewając gaz od 100°C do 101°C musimy dostarczyć więcej ciepła, niż ogrzewając tą samą 
ilość  gazu  od  0°C  do  1°C.  Zmiana  ta  komplikuje  nieco  obliczenia,  ponieważ  nie  możemy 
zastosować  stałej  wartości  ciepła  właściwego  do  obliczeń.  W  takim  przypadku  musimy 
wykorzystać  tzw.  średnie  ciepło  właściwe  (ciepło  przemiany  od  temperatury  t

1

  do 

temperatury t

2

), określone zależnościami: 

 

 

 

gdzie: 

- średnie ciepła właściwe podczas ogrzewania gazu od temperatury 0°C do 

t

x

. Ich zależność od temperatury t

x

 dla danego gazu można znaleźć w literaturze. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

2. Pierwsza zasada termodynamiki 

 
Pierwsza  zasada  termodynamiki  -  jedno  z  podstawowych  praw  termodynamiki,  jest 
sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Istnieją różne 
sformułowania tej zasady, zależnie od sytuacji: 
 
Sformułowanie dla układu izolowanego: 
Energia  wewnętrzna  układu  termodynamicznie  izolowanego  nie  zmienia  się,  niezależnie  od 
przemian zachodzących w tym układzie
 
 
Sformułowanie dla układu zamkniętego: 
Zmiana  energii  wewnętrznej  układu  zamkniętego  jest  równa  sumie  pracy  wykonanej  przez 
układ bądź nad układem i ciepła dostarczonego lub oddanego przez układ 
 
Doświadczalną  podstawą  pierwszej  zasady  termodynamiki  jest  doświadczenie  Joule'a  i 
pokrewne  mu,  które  dowodzą  równoważności  ciepła  i  pracy  mechanicznej  przez  pokazanie 
możliwości identycznej zmiany energii układu termodynamicznego przez dostarczenie ciepła 
jak wykonanie pracy. 
 
Zmiana energii wewnętrznej układu ∆U wyrażona jest zależnością: 

 

gdzie: 

Q  -  ciepło  dostarczone  do  układu.  Może  ono  przybierać  wartość  ujemną, 
oznacza wówczas ciepło oddawane przez układ. 
W  -  praca  wykonana  nad  układem.  Praca  mniejsza  od  0  oznacza  pracę 
wykonaną przez układ. 

 
Ponieważ zarówno ciepło, jak i praca mogą być ujemne, ujemny być może również przyrost 
energii wewnętrznej, co oznacza, że energia wewnętrzna układu może się zmniejszać. 
 
Tło historyczne: 
Niezależne  od  siebie  rozważania  i  obserwacje  Juliusa  Mayera  (1842)  oraz  eksperymenty 
Jamesa  Joule'a  (1843)  doprowadziły  do  sformułowania  I  zasady  termodynamiki  w  obecnej 
postaci. Wcześniej ciepło było traktowane jako zupełnie odrębna wielkość fizyczna. Uznanie 
ciepła  jako  innego  niż  praca  sposobu  zmiany  energii  doprowadziło  w  naturalny  sposób  do 
włączenie ciepła, jako formy energii, do zasady zachowania energii. 
 
Energia wewnętrzna jako funkcja stanu: 
Pierwsza  zasada  termodynamiki  pozwala  na  zdefiniowanie energii wewnętrznej jako funkcji 
stanu: 
Dla wszystkich procesów prowadzących od pewnego określonego stanu do drugiego, zmiana 
U  ma  zawsze  tę  samą  wartość,  choć  ilości  dostarczanego  ciepła  i  wykonanej  pracy  są  na 
ogół różne dla różnych procesów. 
W warunkach nieskończenie małych przyrostów, pierwsza zasada termodynamiki jest w tym 
przypadku wyrażona następująco: 

 

gdzie δQ i δW są "różniczkami niezupełnymi", tj. zależnymi od drogi; dU zaś jest "różniczką 
zupełną", tj. niezależną od sposobu przebiegu procesu. 
 

background image

3.  Bilans  energii  układów  zamkniętych  układów  stacjonarnych,  bilans 
energii powierzchniowej 

 
Bilans energii: 

 dla dowolnego układu: 

 
E

d

 = ∆E

u

 + E

w

 

 
 dla procesu elementarnego o czasie trwania dτ: 

 
E

d

 dτ = dE

u

 + E

dτ 

 

 dla procesu przepływowego ustalonego (E

= idem): 

 
Ė

 d

 = Ė

 w

 

 
gdzie: 
 

E

d

, E

– energia doprowadzona do układu i wyprowadzona; 

 

∆E

u

 – przyrost energii układu; 

Ė

 d

, Ė

 w

 – strumień energii doprowadzonej i wyprowadzonej; 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

4. Opisać podstawy wymiany ciepła przez przewodzenie 

 
Przewodzenie  ciepła  jest  to  przekazywanie  energii  wewnętrznej  między  bezpośrednio 
stykającymi  się  częściami  jednego  ciała  lub  różnych  ciał.  W  płynach  przekazywana  jest 
energia  kinetyczna  atomów  i  cząsteczek,  a  w  ciałach  stałych  energia  drgań  atomów  w  sieci 
krystalicznej  i w ruchu swobodnych elektronów. Wyłącznie przez przewodzenie odbywa się 
wymiana  ciepła  w  ciałach  stałych  nieprzenikliwych  dla promieniowania termicznego oraz w 
płynach, gdy nie występują przemieszczenia względem siebie makroskopowych części płynu 
(np. gdy płyn jest ogrzewany od góry). 
 
Przewodzenie ciepła – proces wymiany ciepła między częściami ciała o różnej temperaturze, 
polegający  na  przekazywaniu  energii  ruchu  bezładnego  cząsteczek  w  wyniku  ich  zderzeń. 
Proces prowadzi do wyrównania temperatury w różnych fragmentach ciała. 
Za przewodnictwo cieplne nie uznaje się przekazywanie energii w wyniku uporządkowanego 
(makroskopowego) ruchu cząstek. 
Ciepło  płynie  tylko  wtedy,  gdy  występuje  różnica  temperatur  od  temperatury  wyższej  do 
temperatury  niższej,  a  z  dobrym  przybliżeniem  dla  większości  substancji  ilość  energii 
przekazanej  przez  jednostkę  powierzchni  w  jednostce  czasu  jest  proporcjonalna  do  różnicy 
temperatur, co opisuje równanie różniczkowe Fouriera: 

 

Wzór  ten  dla  jednorodnego  przewodzenia  ciepła  przez  cienką  ściankę  prostopadle  do  jej 
powierzchni w kierunku x przyjmuje postać: 

 

gdzie: 

Q - natężenie przepływu ciepła (ilość ciepła wymieniona w jednostce czasu) 
λ - współczynnik przewodzenia ciepła 
A - powierzchnia wymiany ciepła 
T - temperatura 

 
Dla  ustalonego  przepływu  ciepła  przez  ścianę  płaską,  po  scałkowaniu,  równanie  Fouriera 
wygląda tak: 

 

gdzie: 

∆T - różnica temperatur po obu stronach przewodnika ciepła 
d - grubość ścianki przewodnika ciepła 

 
Dla ustalonego przepływu ciepła przez ściankę cylindryczną rury, przyjmuje postać: 

 

gdzie: 

d

2

, d

1

 - odpowiednio średnica po stronie chłodniejszego i cieplejszego medium. 

L - długość rury 

 
 

background image

5. Opisać podstawy konwekcyjnej wymiany ciepła 

 
Konwekcja  -  proces  przenoszenia  ciepła  wynikający  z  makroskopowego  ruchu  materii  w 
objętości  dowolnej  substancji,  np.  powietrza,  wody,  piasku  itp.  Czasami  przez  konwekcję 
rozumie  się  również  sam  ruch  materii  związany  z  różnicami  temperatur,  który  prowadzi  do 
przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym
 
Konwekcja jako proces: 
Konwekcja  jest  jednym  z  kilku  mechanizmów  transportu  energii  cieplnej  (wymiany  ciepła), 
np.  przenoszenie  za  pomocą  dyfuzji  molekularnej,  dyfuzji  turbulencyjnej,  adwekcja 
(przenoszenie,  konwekcja)  ciepła.  Konwekcja  jest  wydajnym  sposobem  przekazywania 
ciepła,  ale  jednocześnie  silnie  zależnym  od  substancji  i  warunków  w  jakich  zachodzi. 
Konwekcja w atmosferze i wodzie ma duże znaczenie w kształtowaniu klimatu i pogody na 
Ziemi. 
 
Wyróżnia się: 

 Konwekcję  swobodną  (naturalną)-  ruch  cieczy  lub  gazu  jest  wywołany  różnicami 

gęstości substancji znajdującej się w polu grawitacyjnym. 

 Konwekcję wymuszoną - ruch cieczy lub gazu wywoływany jest działaniem urządzeń 

wentylacyjnych, pomp itp. 

 
Ilość przekazanego ciepła przez konwekcję zależy od szybkości ruchu płynu, dlatego w celu 
zwiększenia  przekazywania  ciepła  w  komputerach,  chłodnicach  samochodowych  itp.  stosuje 
się wentylatory zwiększające szybkość przepływu powietrza. 
 
Prąd konwekcyjny: 
Każda konwekcja wynika z istnienia prądu konwekcyjnego. W konwekcji naturalnej prąd ten 
powodowany różnicą gęstości pomiędzy obszarami o różnej temperaturze w płynie. W stanie 
stacjonarnym  prądy  konwekcyjne  tworzą  zamknięte  pętle  - komórki konwekcyjne. Komórka 
konwekcyjna,  w  danych  warunkach  (różnicy  temperatur,  lepkości  płynu)  ma  pewne 
minimalne rozmiary. Jeżeli objętość, w której znajduje się płyn, jest mniejsza od minimalnego 
rozmiaru  komórki  konwekcyjnej,  wówczas  prąd  konwekcyjny  nie  powstaje  i  zjawisko 
konwekcji  nie  zachodzi.  Efekt  ten  ma  kluczowe  znaczenie  w  konstruowaniu  materiałów 
izolacyjnych, w których występują przestrzenie wypełnione powietrzem. 
 
Przykłady ruchów konwekcyjnych: 

 gorące gazy unoszące się do góry nad płomieniem 
 śreżoga - rozedrgane powietrze tworzące wrażenie mgły w gorący i upalny dzień (np. 

nad rozgrzanym asfaltem) 

 delikatny ruch wody podczas podgrzewania (widoczny w naczyniu jako ruszająca się 

delikatna "mgiełka"). 

 
Prądy konwekcyjne w atmosferze są przyczyną powstawania niektórych rodzajów chmur (gł. 
chmur kłębiastych: cumulus i cumulonimbus). 
 
Zjawiska,  w  których  występuje  konwekcja:  Prądy  termiczne,  Cyrkulacja  powietrza,  Ruchy 
konwekcyjne astenosfery, Prąd morski, Energia prądów morskich, pływów i falowania 
 
 

background image

6. Opisać podstawy wymiany ciepła przez promieniowanie 

 
Promieniowanie  termiczne  polega  na  wysyłaniu  przez  ciała  o  temperaturze  wyższej  od 
temperatury  zera  bezwzględnego  fal  elektromagnetycznych,  takich  samych  jak  fale 
promieniowania  świetlnego,  lecz  obejmujących  cały  zakres  długości  fal  od  zera  do 
nieskończoności  lub  selektywnie  tylko  niektóre  długości  fal.  W  wyniku  promieniowania 
termicznego energia wewnętrzna ciała przekształca się w energię radiacyjną (promieniowania 
elektromagnetycznego), która po napotkaniu innych ciał lub innych części tego samego ciała 
częściowo  lub  całkowicie  jest  pochłaniana  i  przekształcana  w  energię  wewnętrzną.  Jeżeli 
ilość energii wypromieniowanej jest różna od ilości energii pochłoniętej przez powierzchnię, 
to  powstaje  radiacyjna  wymiana  ciepła  (wymiana  ciepła  przez  promieniowanie).  Cechą 
charakterystyczną  radiacyjnej  wymiany  ciepła  jest  to,  że  nie odbywa się ona między ciałami 
stykającymi  się,  lecz  między  ciałami  rozdzielonymi  ośrodkiem  przenikliwym  dla 
promieniowania termicznego lub nawet próżnią. 
 
Radiacyjna  wymiana  ciepła
  może  odbywać  się  również  między  bezpośrednio  stykającymi 
się  częściami  o  różnych  temperaturach  ośrodka  emitującego,  pochłaniającego  i 
rozpraszającego promieniowanie, tzw. ośrodka optycznie czynnego. 
 
Często  przewodzenie  ciepła,  konwekcyjna  i  radiacyjna  wymiana  ciepła  występują 
jednocześnie,  lecz  w  praktyce  inżynierskiej  na  ogół  jeden  z  tych  rodzajów  wymiany  ciepła 
przeważa nad pozostałymi i może być rozpatrywany odrębnie. 
 

Promieniowanie cieplne (termiczne) to promieniowanie, które emituje ciało mające 
temperaturę większą od zera bezwzględnego. Promieniowanie to jest falą elektromagnetyczną 
o określonym widmie częstotliwości. Przykładem promieniowania cieplnego jest podczerwień 
emitowana przez wszystkie ciała w naszym otoczeniu (mające temperaturę zbliżoną do 
temperatury pokojowej). 

Promieniowanie większości ciał, z wyjątkiem rozrzedzonych gazów i barwników, jest do 
siebie zbliżone posiadając wiele wspólnych cech. Fizycy wprowadzili pojęcie ciało doskonale 
czarne, którego emisja w danej temperaturze jest największa ze wszystkich ciał. 

Promieniowanie tła też charakteryzuje się widmem zbliżonym do promieniowania cieplnego. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

7.8.9.10. Wyprowadzić równanie jednowymiarowego przewodzenia ciepła w 
płycie, walcu, kuli oraz postać ogólna
 

 
Równanie  przewodzenia  ciepła  ,  warunki  przewodzenie  ciepła  jest  to przekazywanie energii 
wewnętrznej  miedzy  bezpośrednio  stykającymi  się częściami jednego ciała lub rożnych ciał. 
Założenie  -  jednowymiarowe  pole  temp,  parametry  termofizyczne  ciała  nie  zależą  od 
współrzędnych przestrzennych, ani od czasu - ciało izotropowe. 
Dla kierunku x, y, z: 
W prostokątnym układzie współrzędnych wektor q ma 3 składowe q

x

 q

q

y

q

= - λ(dt/dx)  

q

= - λ(dt/dy)  

q

= - λ(dt/dz) 

gdy  λ  jest  const.  i  brak  wewnętrznych  źródeł  ciepła    q

v

=0,  równanie  to  sprowadza  się  do 

równania różniczkowego Fouriera: 





+

+

=

=

2

2

2

2

2

2

2

z

t

y

t

x

t

a

t

a

t

τ

 

gdzie: 

a – dyfuzyjność cieplna (współczynnik wyrównywania ciepła)  
a= λ/ρCp[m

2

/h] 

 
Jednowymiarowe  równanie  różniczkowe  nieustalonego  przewodzenia  ciepła  można 
przedstawić w ogólnej postaci
 

 

∂T / ∂t = a(∂T

2

/∂l

2

) + (k/l)(∂T/∂l) 

gdzie: 
 

k=2, l=r dla kuli; 

 

k=1, l=r dla walca

 

k=0, l=x dla płaskiej płyty

 
Równanie  różniczkowe  nieustalonego  przewodzenia  ciepła  w  ciałach  stałych  daje 
najogólniejszy związek między temperaturą, czasem i współrzędnymi przestrzeni, który musi 
być  spełniony  dla  każdego  pola  temperatury  w  ciele  stałym.  Aby  z  dowolnie  dużej  liczby 
rozwiązań  wybrać  tylko  rozwiązanie  odpowiadające  rozpatrywanemu  zjawisku,  należy 
określić  warunki  jednoznaczności  rozwiązania  tego  równania.  Warunki  jednoznaczności 
rozwiązania równania różniczkowego muszą być tak sformułowane, aby istniało tylko jedno 
rozwiązanie  równania  różniczkowego,  zależne  w  sposób  ciągły  od  warunków  granicznych. 
Wtedy postawiony problem jest sformułowany poprawnie. 
Do  warunków  jednoznaczności  rozwiązania  różniczkowego  nieustalonego  przewodzenia 
ciepła w ciałach stałych należą: 

warunki geometryczne, określają kształt i wymiary ciała; 
warunki  fizyczne,  określające  właściwości  fizyczne  substancji,  z  której  utworzone 

jest ciało; 

rozkład wydajności wewnętrznych źródeł ciepła w czasie i przestrzeni; 
warunki  początkowe,  określające  rozkład  temperatury  w  początkowej  chwili;  w 

szczególnym  przypadku  może  to  być  warunek  stałej  temperatury  w  każdym  punkcie 
ciała lub warunek periodycznej zmiany temperatury; 

warunki  brzegowe,  określające  warunki  wymiany  ciepła  na  powierzchniach 

zewnętrznych  ciała;  warunki  początkowe  i  warunki  brzegowe  nazywane  są  łącznie 
warunkami granicznymi; 

 

background image

11. Wyprowadzić warunki brzegowe wymiany ciepła 

 





+

+

=

2

2

2

2

2

2

z

T

y

T

x

T

a

T

τ

  

 
Rozwiązanie powyższego równania zależy od warunków brzegowych. 
Kąt  nachylenia  stycznej  do  krzywej  rozkładu  temperatury  przy  powierzchni  ciała  stałego 
można wyznaczyć z następującej funkcji: 
  

α

λ

λ

ϕ

p

s

s

T

-

T

q

x

T

-

tg

=

=

=

  

 

 

  
Interpretacja graficzna trzech rodzajów warunków brzegowych związanych z przejmowaniem 
ciepła: 

a)  warunek brzegowy pierwszego rodzaju 
b)  warunek brzegowy drugiego rodzaju 
c)  warunek brzegowy trzeciego rodzaju  

 
Punkt  kierujący  O,  przez  który  przechodzą  wszystkie  styczne  do  krzywych  rozkładu 
temperatury przy powierzchni ciała stałego, znajdują się w odległości λ/α od powierzchni. 
W  praktyce  rozróżnia  się  trzy  rodzaje  warunków brzegowych związanych z przejmowaniem 
ciepła na powierzchni ciała stałego: 
a)  warunek brzegowy pierwszego rodzaju – znany jest rozkład temperatury we wszystkich 

punktach powierzchni ciała (T

s

), nie znana jest gęstość strumienia a więc i kąt ϕ; 

b)  warunki brzegowe drugiego rodzaju – znany jest rozkład gęstości strumieni ciepła q, a 

zatem  kąt  ϕ,  we  wszystkich  punktach  powierzchni  ciała,  nie  znana  jest  temperatura 
ścianki T

s

c)  warunki  brzegowe  trzeciego  rodzaju  –  dana  jest  temperatura  płynu  T

otaczającego 

ciało  stałe  oraz  współczynnik  przejmowania  ciepła  α,  nie  znana  jest  temperatura 
powierzchni ścianki T

s

background image

12. Wyprowadzić rozwiązanie stacjonarnego przewodzenia ciepła w płycie 

 
Stacjonarne przewodzenie przez ściankę płaską przy

 

const

=

λ

 

Rozważmy stacjonarne przewodzenie ciepła przez jednorodną płaską ścianę o grubości d i 
powierzchni S. Temperatury  na zewnętrznych powierzchniach ścianki są stałe i wynoszą odpowiednio 
T

w1

 i T

w2

 (rys. 2).  W takim wypadku przewodzenie ciepła odbywa się wyłącznie w jednym kierunku 

(w poprzek ścianki) jest to więc przypadek jednowymiarowy, dla którego prawo Fouriera (1) ma 
następującą postać: 

dx

dT

q

λ

=

   

 

 (2) 

Rozwiązujemy równanie (2) bezpośrednio całkując stronami: 

dT

qdx

λ

=

 

=

d

T

T

w

w

dT

qdx

0

2

1

λ

 

(

)

1

2

w

w

T

T

qd

=

λ

 

(

)

const

T

T

d

q

w

w

=

=

2

1

λ

 

 (5) 

Strumień ciepła przepływającego przez całą ściankę wynosi zatem: 

(

)

2

1

w

w

T

T

d

S

Sq

Q

=

=

λ

 

 (6) 

Widzimy, że ilość ciepła przewodzonego przez ścianę (np. budynku) w jednostce czasu jest 
proporcjonalna do: 

 pola powierzchni ściany S 
 współczynnika przewodzenia ciepła λ 
 różnicy temperatur obu powierzchni ściany 

(

)

2

1

w

w

T

T

 

i odwrotnie proporcjonalna do grubości ściany d.  

Kierunek przepływu ciepła określony jest przez  kierunek i zwrot wektora  Q

ρ

 (rys. 2). 

Z równań (2) i (5) wynika także, że rozkład temperatury w ściance jest prostoliniowy: 

x

d

T

T

T

x

T

w

w

w

1

2

1

)

(

+

=

zaś gradient temperatury w dowolnym punkcie ścianki jest taki sam i wynosi : 

(

)

const

d

T

T

T

grad

w

w

=

=

/

1

2

x

d

0

T

T

w1

T

w2

Q

 

 

x

d

0

T

T

w1

T

w2

Q

 

Rys. 2 Rozkład temperatury w jednorodnej ściance płaskiej o grubości 

d. Temperatury na 

zewnętrznych powierzchniach ścianki są stałe i wynoszą odpowiednio 

T

w1

 i 

T

w2

. Wektor 

Q

ρ

 

(strumień ciepła) określa kierunek przepływu ciepła.