2023-12-14こんにちは。化工見習いです!今回は熱伝導率kについて、その単位と意味について真剣に考えてみました。「いや、そんなの分かるでしょ?」と思ったそこのあなた!本当にちゃんと説明できますか?私が伝熱論を学んだ時に疑問をもったことで、一応自分なりの結論に至りましたので、今回記事にします。目次Quiz例えば下図のような状況を想定します。Qの方向に伝熱量が存在するとします。熱伝達率hの単位はW/(m^2・K)ですが、単位中のm^2とは、この図のどこを指すでしょうか?もちろんXYで表される伝熱面積のことを指しますよね。熱伝導率kの単位W/(m・K)のmとは、この図でいうと、どこの長さのことを指しているでしょうか?正解は、、Z(厚み)ではありませんよ。私は伝熱論を学んだ当初、この図でいうところのZ(厚み)だと思っていました。kは厚み当たりの熱流量なんだと。思った方も意外とおられるのではないでしょうか?でもよくよく考えるとそれはおかしいんですよね。それからkをかけて、それを長さ(ここは伝熱方向長さ)で割るという形になっています。Qについてここで次元を見てみると👇という関係が成り立っているわけです。長さの次元に注目してみると👇このように、長さは長さでも、どこの長さを指しているかを整理すると、明らかに熱伝導率k中の長さは、Zではないことが分かります。捉えるのが正解なのか下図のように、W・m/(m^2・K)で、分子のmはZを、分母のm^2は伝熱面積XYを表すとすれば、つじつまが合います。「次元」だけ見れば確かに約分できるため、簡略化されてしまっていると思われます。今回ブログを始めて、ついに閃いた(別に普通のことですが)私の結論はこちらです。👆このように単位を変形することで、訳わからなかった分子のmがかなり扱いやすくなります。よって熱伝導率kは「単位伝熱面積あたりかつ単位温度勾配あたりの熱流量」と表現することが出来ます。一つ、温度勾配が一定の場合は次のような言い方も出来るかと思います。こちらの解釈であれば熱伝導率は、「「単位厚み当たりの伝熱面積」あたりかつ単位温度あたりの熱流量」ということになるでしょう。情けない限りです><ちなみに2は温度勾配一定としていますが、系全体では温度勾配が一定でない場合でも、一定と見なせるほど微少な区間まで刻めば、2の考えが適用できます。それに熱伝導率は物質固有の値ですから、当然温度勾配も一定で(温度や材質によるkの変化は無視するとして)ややこしく捉えず、2の考えで良いと思います。私と同じ勘違いをしていた方の参考になれば幸いです!まとめ熱伝導率kの単位中の分母のmは厚み(伝熱方向長さ)を表しているのではなく、厚み当たりの伝熱面積を表している。