导热系数-定义和详细说明

什么是导热系数？

导热系数是指给定材料传导/传递热量的能力。通常用符号“ k”表示，但也可以用“λ”和“κ”表示。此数量的倒数称为热阻率。散热器中使用导热系数高的材料，而λ值较低的材料则用作隔热材料。

傅里叶热传导定律（也称为热传导定律）指出，热量通过材料传递的速率与温度梯度的负值成正比，也与热量流过的面积成正比。该定律的微分形式可以通过以下等式表示：

q =-k.∇T

其中∇T表示温度梯度，q表示热通量或热通量，k表示所讨论材料的热导率。

上面提供了一个通过热流来描述材料导热系数的图示。在此示例中，温度1大于温度2。因此，可以通过以下公式获得导热系数：

 

热通量= -k *（温度2 –温度1）/厚度

公式

每种物质都有其自身的导热能力。材料的导热系数由以下公式描述：

K =（QL）/（AΔT）

哪里， 

• K是导热系数，单位为W / mK
• Q是通过材料传递的热量，单位为焦耳/秒或瓦特
• L是两个等温平面之间的距离
• A是以平方米为单位的表面面积
• ΔT是开氏温度的温差

测量

存在几种测量材料的热导率的方法。这些方法大致分为两种类型的技术-瞬态和稳态技术。

国际单位

• 导热系数用以下尺寸表示：温度，长度，质量和时间。
• 此数量的SI单位是瓦/米·开尔文或Wm -1 K -1。
• 通常用功率/（长度*温度）表示。
• 这些单位描述了通过单位厚度的材料和每个温差开尔文的热传导率。

稳态技术

• 这些方法涉及测量，其中所讨论的材料的温度在一段时间内不发生变化。
• 这些技术的优点是，由于温度恒定，因此分析相对简单。
• 稳态技术的一个重要缺点是，它们通常需要精心设计的设置来执行实验。
• 这些技术的示例是用于测量良好导体的热导率的Searle棒法和Lee圆盘法。

瞬态技术

• 在这些方法中，测量是在加热过程中进行的。
• 这些方法的一个重要优点是可以相对快速地进行测量。
• 瞬态技术的缺点之一是难以对测量数据进行数学分析。
• 这些技术的一些示例包括瞬态平面源方法，瞬态线源方法和激光闪光方法。

因此，存在多种测量材料的导热率的方法，每种方法都有其自身的优点和缺点。重要的是要注意，与流体相比，更容易通过实验研究固体的热性质。

温度对热导率的影响

温度以不同的方式影响金属和非金属的热导率。

金属制品

• 金属的热导率归因于自由电子的存在。根据Wiedemann-Franz定律，它与绝对温度和电导率的乘积成比例。
• 随着温度的升高，纯金属的电导率降低。
• 这意味着，随着温度的升高，纯金属的热导率几乎没有变化。但是，当温度接近0K时，观察到急剧下降。
• 当温度升高时，金属合金的电导率没有显着变化，这意味着它们的导热率随温度的升高而增加。
• 在2K到10K的温度范围内，可以发现许多纯金属的热导率峰值。

非金属

• 非金属的热导率主要归因于晶格振动。
• 当温度较高时，声子的平均自由程不会显着降低，这意味着非金属的导热系数在较高的温度下不会显示出明显的变化。
• 当温度降低到低于德拜温度的点时，非金属的热导率连同其热容量一起降低。

影响导热系数的其他因素

温度不是引起材料导热率变化的唯一因素。下面列出了影响物质导热性的其他一些重要因素。

 

因此，本文简要讨论了定义，SI单位和热导率的测量方法，以及一些因素对其的影响。要了解有关此概念以及与电导相关的其他重要概念（例如电解电导）的更多信息，请在ab126注册并在智能手机上下载移动应用程序。