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基礎編1. 熱伝導1.1 軸方向熱伝導（2）

このトレーニングで学ぶこと

今回は引き続き、固体中を一方向に熱が流れるときを取り上げます。
　特に曲がったり、断面積が途中で変化すると、温度はどのように変化するのかを考えてみましょう。

目的：棒の曲りや断面積の変化による熱の伝わり方の違いを体験する。

問題1初級: 断面積の異なる2つの棒があります。それぞれの棒は中途で直角に曲がっていますが、中心線の長さはどれも同じになっています。この棒の下端を0℃に保った状態で、左端から１Wの熱を流入させたとき、棒の両端に生じる温度差は、さてどちらが大きい？
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します

熱が流れにくいほど温度差は大きくなる

断面積が小さいほど熱は流れにくくなり、温度差も大きくなることがわかりますね。
（図1:温度分布）

問題2中級: 断面積の異なる3つの棒があります。それぞれの棒は中途で直角に曲がっていますが、中心線の長さはどれも同じになっています。この棒の下端を0℃に保った状態で、左端から1Wの熱を流入させたとき、棒の両端に生じる温度差はそれぞれ何℃？
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します

同じ熱量を与えた場合、断面積10mm×10mmの棒と断面積1㎜×1㎜の棒では温度差は100倍にもなるのですね。（図2-1：温度分布）

また、この結果は前回のQ2の結果とほぼ同じ値になっていますね。曲りがあってもほとんど影響を受けていないことがわかります。

ある面の単位面積を単位時間あたりに流れる熱量を熱流束といい、熱の流れる勢いを示します。 (b)と(c)の熱流束分布を比べると、細い (c) のほうが熱流束の値が大きくなります。また、曲りの内側と外側では、内側のほうが大きくなっています。
（図2-2：熱流束分布と熱流束ベクトル）

問題3初級: 左半分の断面積が異なる3つの棒があります。この棒の右端を0℃に保った状態で、左端から10Wの熱を流入させたとき、棒の両端に生じる温度差は、どの順番で大きい？
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します。

断面積が小さいほど熱は流れにくくなり、温度差も大きくなることがわかりますね。
（図3:温度分布）

問題4中級: 左半分の断面積が異なる3つの棒があります。この棒の右端を0℃に保った状態で、左端から10Wの熱を流入させたとき、棒の両端に生じる温度差は、それぞれ何℃？
※棒の両端以外は断熱の条件を仮定します

断面積が小さな部分ほど大きな温度差が生じていますね。（図4-1：温度分布）

(b)と(c)の熱流束分布を比べると、断面積の変化が大きい(c)のほうが、熱流束の差が大きくなります。（図4-2：熱流束分布と熱流束ベクトル）

また、(b) の熱流束分布をみると、棒が細いところから太いところへ熱が広がっている様子がわかります。（図4-3：熱流束分布と熱流束ベクトル）

考え方や計算式などを詳しく紹介