Lämpöjohtuvuudella

Lämpöjohtuvuudella tarkoitetaan fysikaalista suuretta, joka kuvaa aineen kykyä johtaa lämpöä. Suureen symboli on usein k tai λ, ja sen SI-yksikkö on W/(m·K). Keskeinen periaate on Fourierin laki: lämpövirta q" = -k ∇T, missä q" on lämpövirta pinta-alaa kohti ja ∇T on lämpötilagradientti. Tämän avulla voidaan Mallintaa, kuinka nopeasti lämpötila tasoittuu aineen sisällä.

Lämpöjohtuvuus on materiaali- ja olosuhteista riippuva ominaisuus. Se vaihtelee lämpötilan mukaan sekä materiaalin rakenteen (kiteinen, amorfinen) ja faasin mukaan. Metallien lämpöjohtuvuudesta suurin osa johtuu elektronisista siirroista, kun taas epämetalleilla k on suurelta osin latticein eli foni-värähtelyiden aikaansaamaa. Lämpöjohtuvuuteen vaikuttavat lisäksi epäpuhtaudet, mikrostructure and anisotropia eli suuntautuneisuus kiteisissä aineissa.

Mittauksessa käytetään sekä staattisia että siirtymämenetelmiä. Esimerkkejä ovat vakio-olosuhteissa tehtävät guarded hot plate -menetelmät sekä transientteja menetelmiä, kuten laser flash -analyysi tai transient plane source. Mittausolosuhteet ja lämpötilapolut vaikuttavat saatuun arvoon.

Käyttökohteita ovat rakennusmateriaalien eristys, elektroniikan jäähdytys ja lämpövuon hallinta energiatuotannossa sekä teollisissa prosesseissa. Lämpöjohtuvuuden ymmärtäminen ja hallinta ovat keskeisiä sekä suunnittelussa että materiaalivalinnoissa.

Historia: Joseph Fourier kehitti teorian, joka muodosti perustan lämpöjohtuvuuden käsitteelle.