Lämmönjohtavuuteen

Lämmönjohtavuus on materiaalin kyky johtaa lämpöä. Suomen yleisin termi on lämmönjohtavuus, ja siihen liittyy suure λ (lambda) tai k sekä yksikkö W/(m·K). Fyysinen perusta on Fourierin laki: lämpövirta q = -k ∇T, eli lämpö siirtyy lämpötilagradientin mukana. Lämpöjohtuvuus kuvaa, kuinka tehokkaasti energia siirtyy materiaalin sisällä.

Materiaalit voivat olla isotrooppisia tai anisotrooppisia. Isotrooppisessa aineessa lämmönjohtavuus on samankaltainen kaikissa suunnissa; anisotropia ilmenee erityisesti kerroksisissa tai komposiittimateriaaleissa. Arvot voivat vaihdella suuresti: metallit kuten kupari ovat korkean lämmönjohtavuuden luokkaa (noin 380–400 W/(m·K)); teräkset pienemmällä arvolla (noin 50 W/(m·K)). Eristäjät kuten polystyreeni tai mineraalivilla ovat matalia (noin 0.03–0.04 W/(m·K) tai hieman enemmän). Puut ja betonit ovat väliin sijoittuvia arvoja, usein noin 0.1–2 W/(m·K).

Mittaukset: Lämmönjohtavuus voidaan määrittää sekä vakioaaltainen että time-domain -menetelmillä. Yleisiä laboratoriomenetelmiä ovat guarded hot plate -menetelmä ja lämpövirta-mittaus (heat flow meter). Transienttiset menetelmät kuten hot-wire ja laser-flash mittaus mittaavat vasteaikaa lämmön siirtymisessä. Standardoituja mittauksia ohjaavat ISO- ja ASTM- standardit.

Käytännössä lämmönjohtavuus on keskeinen tunnus rakennusteollisuudessa, elektroniikkajäähdytössä sekä monissa teollisuusprosesseissa. Korkea lämmönjohtavuus voi auttaa jäähdytyksessä tai lämmityksessä, kun taas matala johtavuus parantaa eristystä. Arvoon vaikuttavat lämpötilan lisäksi materiaali ja sen tila sekä kosteus ja mikrorakenteen muutokset.