
【化】 heat conductivity; thermal conductivity
热导率(Thermal Conductivity)是表征物质导热能力的物理量,其英文对应词为"thermal conductivity"。在热力学和工程学领域,该术语定义为在稳态条件下,单位温度梯度下单位时间内通过单位面积的热量,数学表达式为:
$$ q = -k abla T $$
其中$q$为热流密度,$k$为热导率,$ abla T$为温度梯度。国际单位制中热导率的单位为瓦特每米开尔文(W/(m·K))。
从微观机制分析,固体材料的热传导主要依赖晶格振动(声子传递)和自由电子运动。金属材料的高热导率源于其自由电子对热能的快速传递作用,例如纯铜的热导率可达401 W/(m·K)。非金属材料如陶瓷的热传导则主要通过声子传递实现,氧化铝陶瓷的典型热导率为30 W/(m·K)。
根据国家标准GB/T 10297-2015《非金属固体材料导热系数的测定方法》,材料热导率的测量需在稳态条件下进行,常用方法包括平板法、圆管法和激光闪射法。实验数据显示,材料的热导率会随温度变化呈现非线性特征,例如二氧化硅玻璃在300K时热导率为1.4 W/(m·K),而在100K时升高至10 W/(m·K)。
在工程应用领域,热导率是热交换器设计、建筑保温材料选择、电子器件散热方案制定的核心参数。《传热学》教材指出,通过纳米结构调控、复合材料设计等手段,可以实现材料热导率的定向优化。
热导率(Thermal Conductivity)是描述材料传导热量能力的物理量,通常用符号 ( k ) 或 ( lambda ) 表示。其定义为:在单位时间内,单位温度梯度下,单位面积材料传导的热量。国际单位制(SI)中,热导率的单位是瓦特每米每开尔文(W/(m·K))。
物理意义
热导率衡量材料传递热量的效率。数值越大,导热性能越好。例如,金属银的热导率约为429 W/(m·K),是优良的导热体;而空气的热导率仅约0.024 W/(m·K),是典型的隔热材料。
傅里叶定律公式
热传导的基本规律由傅里叶定律描述:
$$
q = -k
abla T
$$
其中:
影响因素
材料 | 热导率 (W/(m·K)) |
---|---|
银 | 429 |
铜 | 401 |
铝 | 237 |
水(20°C) | 0.6 |
玻璃 | 1.05 |
聚苯乙烯泡沫 | 0.033 |
通过理解热导率,可以科学选择材料以满足导热或隔热需求,广泛应用于能源、电子、建筑等领域。
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