
【化】 heat conductivity; thermal conductivity
熱導率(Thermal Conductivity)是表征物質導熱能力的物理量,其英文對應詞為"thermal conductivity"。在熱力學和工程學領域,該術語定義為在穩态條件下,單位溫度梯度下單位時間内通過單位面積的熱量,數學表達式為:
$$ q = -k abla T $$
其中$q$為熱流密度,$k$為熱導率,$ abla T$為溫度梯度。國際單位制中熱導率的單位為瓦特每米開爾文(W/(m·K))。
從微觀機制分析,固體材料的熱傳導主要依賴晶格振動(聲子傳遞)和自由電子運動。金屬材料的高熱導率源于其自由電子對熱能的快速傳遞作用,例如純銅的熱導率可達401 W/(m·K)。非金屬材料如陶瓷的熱傳導則主要通過聲子傳遞實現,氧化鋁陶瓷的典型熱導率為30 W/(m·K)。
根據國家标準GB/T 10297-2015《非金屬固體材料導熱系數的測定方法》,材料熱導率的測量需在穩态條件下進行,常用方法包括平闆法、圓管法和激光閃射法。實驗數據顯示,材料的熱導率會隨溫度變化呈現非線性特征,例如二氧化矽玻璃在300K時熱導率為1.4 W/(m·K),而在100K時升高至10 W/(m·K)。
在工程應用領域,熱導率是熱交換器設計、建築保溫材料選擇、電子器件散熱方案制定的核心參數。《傳熱學》教材指出,通過納米結構調控、複合材料設計等手段,可以實現材料熱導率的定向優化。
熱導率(Thermal Conductivity)是描述材料傳導熱量能力的物理量,通常用符號 ( k ) 或 ( lambda ) 表示。其定義為:在單位時間内,單位溫度梯度下,單位面積材料傳導的熱量。國際單位制(SI)中,熱導率的單位是瓦特每米每開爾文(W/(m·K))。
物理意義
熱導率衡量材料傳遞熱量的效率。數值越大,導熱性能越好。例如,金屬銀的熱導率約為429 W/(m·K),是優良的導熱體;而空氣的熱導率僅約0.024 W/(m·K),是典型的隔熱材料。
傅裡葉定律公式
熱傳導的基本規律由傅裡葉定律描述:
$$
q = -k
abla T
$$
其中:
影響因素
材料 | 熱導率 (W/(m·K)) |
---|---|
銀 | 429 |
銅 | 401 |
鋁 | 237 |
水(20°C) | 0.6 |
玻璃 | 1.05 |
聚苯乙烯泡沫 | 0.033 |
通過理解熱導率,可以科學選擇材料以滿足導熱或隔熱需求,廣泛應用于能源、電子、建築等領域。
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