Топлотна проводљивост

Топлотна проводљивост је у физици скаларна величина, k, која описује способност супстанције да проводи топлоту. Што је топлотна проводљивост већа, то се већа количина топлоте може пренети кроз исти попречни пресек у истом времену.

ДефиницијаУреди

Топлотна проводљивост је количина топлоте, Q, која се за време t спроведе кроз супстанцу на растојању L, у правцу нормалном на попречни пресек површине S, услед температурне разлике ΔT, у стационарним условима и када је пренос топлоте узрокован искључиво температурном разликом.

топлотна проводљивост = количина проведене топлоте × растојање / (површина × температурна разлика)

k={\frac {Q}{t}}\times {\frac {L}{S\times \Delta T}}

Топлотна проводљивост материјала зависи од његовог хемијског састава, грађе, агрегатног стања као и температуре. Количина топлоте која се пренесе у јединици времена је зависна од топлотне проводљивости и у диференцијалном облику се може представити

{\frac {dQ}{dt}}=kS{\frac {dT}{dx}}

где је:

dT/dx је градијант температуре
S површина кроз коју пролази топлота
k је константа топлотне проводљивости.

Јединица за топлотну проводљивост у СИ систему је - W/(m K) = W m⁻¹ K⁻¹ (ват кроз метар-келвин).

Видеман-Францов законУреди

На основу Видеман-Францовог закона (енгл. Wiedemann-Franz law), добри електрични проводници су и добри топлотни проводници. За метале специфична електрична проводљивост је упоредива са топлотном проводљивошћу:^[1]

$\sigma \sim k$

због тога што су слободни електрони који се налазе у великом броју у неким металима заслужни како за електрични, тако и за топлотни транспорт.

Повезаност са топлотним капацитетомУреди

На основу кинетичке теорије гасова, топлотна проводљивост је повезана са топлотним капацитетом преко законитости^[2]:

$k={\frac {1}{3}}C_{v}\lambda v$ ,

где је $C_{v}$ волуметријски топлотни капацитет (топлотни капацитет по јединици запремине), $\lambda$ је средњи слободни пут носиоца топлоте, а $v$ је њихова брзина.

Електронски транспортУреди

У случајевима када су електрони носиоци топлотне енергије, топлотни капацитет је линеаран са температуром, а средњи слободни пут је приближно константан, тако да се добија да топлотна проводљивост линеарно расте са температуром:

$k\sim T$

Фононски транспортУреди

Када су носиоци топлотне енергије фонони, топлотни капацитет расте кубно са температуром, а средњи слободни пут је приближно константан, тако да топлотна проводљивост расте са температуром по кубном закону:

$k\sim T^{3}$

Списак топлотних проводљивостиУреди

Приближна вредност топлотне проводљивости неких материјала је дат у следећој табели:

материјал	Топлотна проводљивост W·m⁻¹·K⁻¹
Дијамант	1000-2600
Сребро	406
Бакар	385
Злато	320
Алуминијум	205
Месинг	109
Платина	70
Челик	50.2
Олово	34.7
Жива	8.3
Кварц	8
Лед	1.6
Стакло	0.8
Вода	0.6
Дрво	0.04-0.12
Вуна	0.05
Стиропор	0.038
Ваздух (300 K, 100 kPa)	0.026
Вакуум (свемир)	0

Види јошУреди

Електрична проводљивост

РеференцеУреди

^ „Is there a relationship between electrical conductivity and thermal conductivity?”. www.physlink.com. Приступљено 16. 09. 2019.
^ „Conduction and thermal conductivity” (PDF). ^{[мртва веза]}

ЛитератураУреди

Callister, William (2003). „Appendix B”. Materials Science and Engineering - An Introduction. John Wiley & Sons, INC. стр. 757. ISBN 978-0-471-22471-6.
Halliday, David; Resnick, Robert; & Walker, Jearl(1997). Fundamentals of Physics . John Wiley and Sons, INC., NY. ISBN 978-0-471-10558-9..
Srivastava G. P (1990), "The Physics of Phonons." Adam Hilger, IOP Publishing Ltd, Bristol.
TM 5-852-6 AFR 88-19, Volume 6 (Army Corp of Engineers publication)
Bird, R. Byron; Stewart, Warren E.; Lightfoot, Edwin N. (2007), Transport Phenomena (2nd изд.), John Wiley & Sons, Inc., ISBN 978-0-470-11539-8 . A standard, modern reference.
Incropera, Frank P.; DeWitt, David P. (1996), Fundamentals of heat and mass transfer (4th изд.), Wiley, ISBN 0-471-30460-3
Bejan, Adrian (1993), Heat Transfer, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-50290-1
Holman, J.P. (1997), Heat Transfer (8th изд.), McGraw Hill, ISBN 0-07-844785-2
Callister, William D. (2003), „Appendix B”, Materials Science and Engineering - An Introduction, John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-22471-6
Halliday, David; Resnick, Robert; & Walker, Jearl. Fundamentals of Physics . John Wiley and Sons, New York. 1997. ISBN 978-0-471-10558-9.. An elementary treatment.
Daniel V. Schroeder (1999), An Introduction to Thermal Physics, Addison Wesley, ISBN 978-0-201-38027-9 . A brief, intermediate-level treatment.
Reif, F. (1965), Fundamentals of Statistical and Thermal Physics, McGraw-Hill . An advanced treatment.
Balescu, Radu (1975), Equilibrium and Nonequilibrium Statistical Mechanics, John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-04600-4
Chapman, Sydney; Cowling, T.G. (1970), The Mathematical Theory of Non-Uniform Gases (3rd изд.), Cambridge University Press . A very advanced but classic text on the theory of transport processes in gases.
Reid, C. R., Prausnitz, J. M., Poling B. E., Properties of gases and liquids, IV edition, Mc Graw-Hill, 1987
Srivastava G. P (1990), The Physics of Phonons. Adam Hilger, IOP Publishing Ltd, Bristol

Спољашње везеУреди

[1] „Is there a relationship between electrical conductivity and thermal conductivity?”. www.physlink.com. Приступљено 16. 09. 2019.

[2] „Conduction and thermal conductivity” (PDF). ^{[мртва веза]}

[1]

[2]