Konduktion syftar på överföring av energi genom rörelse av partiklar som är i kontakt med varandra. Inom fysiken används ordet ”ledning” för att beskriva tre olika typer av beteende, som definieras av typen av energi som överförs:
- Värmeledning (eller termisk ledning) är överföringen av energi från ett varmare ämne till ett kallare genom direkt kontakt, som att någon rör vid handtaget på en varm metallpanna.
- Elektrisk ledning är överföringen av elektriskt laddade partiklar genom ett medium, såsom elektricitet som färdas genom kraftledningarna i ditt hus.
- Ljudledning (eller akustisk ledning) är överföring av ljudvågor genom ett medium, såsom vibrationer från hög musik passerar genom en vägg.
Ett material som ger god ledning kallas en ledare, medan ett material som ger dålig ledning kallas en isolator.
Värmeledning
Värmeledning kan på atomnivå förstås som partiklar som fysiskt överför värmeenergi när de kommer i fysisk kontakt med närliggande partiklar. Detta liknar förklaringen av värme genom den kinetiska teorin om gaser, även om överföringen av värme inom en gas eller vätska vanligtvis kallas konvektion. Värmeöverföringshastigheten över tiden kallas värmeströmmen och den bestäms av materialets värmeledningsförmåga, en kvantitet som indikerar hur lätt värmen leds in i materialet.
Till exempel, om en järnstång värms upp i ena änden, som visas på bilden ovan, är värmen fysiskt förstås som vibrationen av de enskilda järnatomerna inom stängerna. Atomerna på den kallare sidan av stången vibrerar med mindre energi. När de energiska partiklarna vibrerar kommer de i kontakt med intilliggande järnatomer och överför en del av sin energi till de andra järnatomerna. Med tiden tappar den varma änden av stången energi och den svala änden av stången får energi, tills hela stången har samma temperatur. Detta är ett tillstånd som kallas termisk jämvikt.
När man överväger värmeöverföring saknar exemplet ovan en viktig punkt: järnstången är inte en isolerat system. Med andra ord, inte all energi från den uppvärmda järnatomen överförs genom ledning till de intilliggande järnatomerna. Såvida den inte hålls upphängd av en isolator i en vakuumkammare, är järnstången också i fysisk kontakt med ett bord eller städ eller annat föremål, och den är också i kontakt med luften runt den. När luftpartiklar kommer i kontakt med stången kommer även de att få energi och föra bort den från stången (men långsamt, eftersom den termiska ledningsförmågan hos orörlig luft är mycket liten). Baren är också så varm att den lyser, vilket betyder att den strålar ut en del av sin värmeenergi i form av ljus. Detta är ett annat sätt på vilket de vibrerande atomerna förlorar energi. Om den lämnas ensam kommer stången så småningom att svalna och nå termisk jämvikt med den omgivande luften.
Elektrisk ledning
Elektrisk ledning sker när ett material låter en elektrisk ström passera genom det. Huruvida detta är möjligt beror på den fysiska strukturen av hur elektronerna är bundna i materialet och hur lätt atomerna kan släppa ut en eller flera av sina yttre elektroner till angränsande atomer. Den grad i vilken ett material hämmar ledningen av en elektrisk ström kallas materialets elektriska motstånd.
Vissa material, när de kyls till nästan absoluta noll, förlorar allt elektriskt motstånd och tillåter elektrisk ström att flöda genom dem utan energiförlust. Dessa material kallas supraledare.
Ljud Ledning Ljud skapas fysiskt av vibrationer, så det är kanske det mest uppenbara exemplet på ledning. Ett ljud får atomerna i ett material, vätska eller gas att vibrera och överföra eller leda ljudet genom materialet. En ljudisolator är ett material vars individuella atomer inte lätt vibrerar, vilket gör den idealisk för användning i ljudisolering.
