Теплопровідність

Теплопрові́дність — здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності: фізична величина, що характеризує інтенсивність теплообміну в речовині, яка дорівнює відношенню густини теплового потоку до градієнта температури^[1].

Сутність коефіцієнту теплопровідності λ

Загальний опис

Явище теплопровідності полягає в тому, що кінетична енергія атомів й молекул, яка визначає температуру тіла, передається атомам і молекулам у тих областях тіла, де температура нижча.

Теплопровідність не єдиний шлях, яким тепло передається від тіла з вищою температурою, до тіла з нижчою температурою. Така теплопередача може також відбуватися шляхом теплового випромінювання і конвекції. Різниця між теплопровідністю й конвекцією в тому, що при конвекції тепло переноситься разом із речовиною, а при теплопровідності перенесення речовини немає.

При теплопровідності величина потоку тепла визначається різницею температури між різними областями тіла. Кількісно теплопровідність характеризується коефіцієнтом теплопровідності ${\displaystyle \kappa }$, який входить в рівняння (закон Фур'є)

${\displaystyle \mathbf {q} =-\kappa \nabla T}$.

Тут ${\displaystyle \mathbf {q} }$ — тепловий потік, T — температура, ${\displaystyle \nabla }$ — оператор Гамільтона набла, яким позначається градієнт.

Коефіцієнт теплопровідності вимірюється у Вт/(м·K) або Вт·м⁻¹·K⁻¹.

Механізми теплопровідності

Найбільшу теплопровідність мають речовини, в яких тепло переноситься вільними електронами, що зумовлено їхньою малою масою. Саме тому теплопровідність металів зазвичай висока. В нагрітій області речовини є більше електронів із високою енергією, вони легко мігрують в холодніші області, й втрачають там енергію, розсіюючись на коливаннях кристалічної ґратки. Діелектрики, наприклад, кераміка, мають меншу теплопровідність, що робить їх зручними для виготовлення посуду. В діелектриках, де немає вільних електронів, тепло передається повільнішими коливаннями атомів. Гази, наприклад, повітря, мають малу теплопровідність, зважаючи на невелику густину молекул і доволі нечасті зіткнення між ними. В газах тепло швидше переноситься через конвекцію.

З огляду на це, добрими теплоізолювальними властивостями характеризуються матеріали, в яких багато порожнин, заповнених повітрям: вовна, вата, пінопласт тощо.

Коефіцієнти теплопровідності різних середовищ

Матеріал	Теплопровідність Вт/(м·K)
Графен	(4840 ± 440) — (5300 ± 480)
Алмаз	1000-2600
Срібло	430
Мідь	390
Латунь	111
Золото	320
Алюміній	236
Платина	70
Кварц	8
Скло	1
Вода	0.6
Вовна	0.05
Повітря (300 K, 100 kPa)	0.026
Перліт спучений	0,08—0,095

Див. також

• Рівняння теплопровідності
• Тепловий потік
• Температуропровідність
• Теплопровідність мінералів
• Теплопровідність гірських порід
• Число Нуссельта