Lämpödiffusiviteetin

Lämpödiffusiviteetti (α) on materiaalin ominaisuus, joka kuvaa, kuinka nopeasti lämpötilaerot tasoittuvat materiaalissa. Se määritellään α = k/(ρ c_p), jossa k on lämmönjohtavuus (W/(m·K)), ρ tiheys (kg/m^3) ja c_p ominaislämpökapasiteetti (J/(kg·K)). SI-yksikkö on m^2/s. Käytännössä α kertoo, kuinka nopeasti lämpötilan vaihtelut leviävät materiaalissa.

Fysikaalisena merkityksenä α yhdistää kaksi perusominaisuutta: lämmönjohtavuuden ja lämpökapasiteetin. Suurempi α tarkoittaa nopeampaa lämpötilan diffuusiota, jolloin lämpötila tasoittuu nopeammin. Pienempi α viittaa hitaampaan lämpötilan leviämiseen. Tämä tekee lämpödiffusiviteetistä keskeisen parametrian esimerkiksi eristemateriaalien ja elektroniikkakomponenttien termisessä hallinnassa. Ympäristöolosuhteet, materiaalin koostumus ja lämpötilapaino vaikuttavat α-arvoon.

Lämpödiffusiviteetti liittyy itse lämpötilan transienttuun käyttäytymiseen differensiaaliyhtälössä: ∂T/∂t = α ∇^2 T. Tämä yhtälö kuvaa, miten lämpötila muutokset etenevät tilaan, missä lämpötila-aine on tasapainossa. α:n arvo kertoo aikakaavan, jolla tasapainotus tapahtuu erilaisten lämpötilavaikutusten seurauksena.

Mittauksissa α voidaan hankkia johdettuna k:sta, ρ:stä ja c_p:stä tai suoraan käyttämällä eristemittaustekniikoita kuten laserflash -analyyseja ja transient plane source -menetelmiä. Käytännössä α on keskeinen suunnitteluperuste rakennusten lämpö- ja energiataloudessa sekä elektroniikan ja prosessiteollisuuden kuumenhallinnassa.