Värmeledningsförmågan

Värmeledningsförmågan, eller termisk konduktivitet, är en grundläggande materialegenskap som beskriver hur väl ett material leder värme. Den betecknas ofta med λ (lambda) eller k och mäts i enheter av watt per meter och kelvin (W/(m·K)). Värmekonduktiviteten anger hur mycket värme som passerar genom ett visst skikt när det råder en temperaturskillnad över materialet.

Enligt Fourier lag är värmeflödet per ytenhet q'' = -λ ∇T, där ∇T är temperaturgradienten. λ bestäms av mekanismerna för energitransport i materialet: fria elektroner bidrar starkt i metaller, medan gitter- eller phonon-samverkan dominerar i isolatorer och keramer. Struktur som kristallinitet, dopning och porositet påverkar värmeledningsförmågan.

Temperatur och mikrostruktur gör att λ varierar mellan olika material och med temperatur. Metaller har ofta höga λ och tenderar att förändras med temperatur på grund av ökad elektron-phonon-samverkan, medan porösa material och polymerer vanligtvis har lägre λ. Värmeledningsförmågan kan också vara anisotrop i kristallina material, så λ är ibland riktningarberoende.

Mätningar av värmeledningsförmågan görs med statiska metoder såsom guarded hot plate (vaktad varmplatta) eller värmeflödesmeter, samt med transienttekniker som laserflashmetoden. Resultaten redovisas vid givna temperatur- och provförhållanden; data används i databaser och designkalkyler.

Värmeledningsförmågan är central i byggnader, där lågt λ minskar energiförluster, och i elektronik och fordonsindustri där effektiv värmeavledning är avgörande för prestanda och livslängd. Den relateras ofta till densitet och specifik värmekapacitet genom termisk diffusivitet α = λ/(ρ c).