Lämpöjohtuvuutta

Lämpöjohtuvuus (lämpöjohtavuus) on aineen fysikaalinen ominaisuus, joka kuvaa, kuinka tehokkaasti materiaali johtaa lämpöä. Sen tunnus voi olla k tai λ, ja yksikkö on W/(m·K). Lämpöjohtuvuus on riippumaton tuotteen geometrian mitoista ja se määrittelee, kuinka nopeasti lämpö siirtyy lämpötilaeron vaikutuksesta materiaalissa.

Fyysinen perusta: lämpöjohtuvuus mittaa sitä, kuinka nopeasti lämpö etenee lämpötilagradientin suunnassa. Fourierin lain mukaisesti lämpövirta per pinta-ala q'' on q'' = -k ∇T (yksinkertaisessa tapauksessa q'' = -k dT/dx). Suurempi k tarkoittaa nopeampaa lämmönjohtoa pienestä lämpötilaerosta.

Materiaalien ominaisuudet: k-arvot vaihtelevat laajasti. Metalleilla lämpöjohtuvuus on yleensä korkea, kun taas eristeillä ja huokoisilla rakenteilla arvo on alhaisempi. Lämpöjohtuvuus voi olla anisotrooppinen kiinteissä kiteissä, jolloin arvo riippuu suunnasta. Lisäksi k riippuu lämpötilasta ja kosteudesta sekä materiaalia ympäröivästä rakenneympäristöstä.

Mittaaminen ja arviointi: k-arvo määritetään sekä staattisissa että tilapäisissä mittauksissa. Staattisissa mittauksissa lämpötilaerot ja lämpövirrat vakiintuvat, kun taas transient-menetelmillä mitataan lämpötilan muutosnopeuksia ja näytteestä johdetaan johtavuus. Yleisimmät menetelmät ovat staattiset lämpöjohtuvuuden mittaukset sekä aikaperusteiset menetelmät kuten laserflash-tyyliset kokeet.

Sovellukset: lämpöjohtuvuutta pyritään hallitsemaan rakennusmateriaaleissa eristemäisyyden parantamiseksi ja energian säästämiseksi, sekä elektroniikassa ja teollisuudessa jäähdytysratkaisujen suunnittelussa. Aineiden kehityksessä etsitään sekä matalan että tarpeen mukaan korkeaa johtavuutta tarjoavia ratkaisuja, jotta järjestelmät toimisivat turvallisesti ja tehokkaasti.