lämpödiffusiviteetistä

Lämpödiffusiviteetti eli α on materiaalin ominaisuus, joka kuvaa sen kykyä tasoittaa lämpötilan eroja. Se määritellään kaavalla α = k / (ρ c), jossa k on lämpöjohtavuus (W/m·K), ρ on tiheys (kg/m³) ja c on spesifi lämpökapasiteetti (J/(kg·K)). Spesifi kapasiteetti kertoo, kuinka paljon energiaa tarvitaan lämpötilan muuttamiseen yhdellä massayksiköllä. α kuvaa siten, kuinka nopeasti lämpötila tunkeutuu ja leviää materiaalissa.

Fyysinen merkitys ja matemaattinen yhteys; lämpödiffusiviteetti liittyy suoraan heat equationen: ∂T/∂t = α ∇²T. Tämä malli kuvaa, miten lämpötila aaltomaisesti ja ajan funktiona tasoittuu, kun materiaaliin vaikuttaa lämpötilaeroja. Suurempi α tarkoittaa nopeampaa lämpötilan tasoittumista.

Materiaalikohtaiset arvot ja trendit; α riippuu sekä lämpöjohtavuudesta että massan ominaisuuksista. Yleisesti metalleilla on suurempi α kuin monilla eristemateriaaleilla. Esimerkiksi puhdas vesi (noin 25 °C) on noin 1–2 × 10^-7 m²/s, teräksellä noin 1–3 × 10^-5 m²/s, kun taas erilaiset rakennus- ja eristemateriaalit voivat olla 10^-7–10^-6 m²/s tai pienempiä. α on lisäksi herkkä lämpötilalle, koostumukselle ja rakenteelle; anisotrooppisissa materiaaleissa (esim. kuitulevy, komposiitit) α voi olla suuntauskohtainen ja kuvataan tensorina.

Mittaus ja sovellukset; α:tä voidaan mitata transient hot-wire- ja laserflashi -menetelmillä sekä erilaisilla steady-state- ja koaksiaalisilla tavoilla. Lämpödiffusiviteettiä käytetään laajasti materiaalitieteessä, rakennusfysiikassa, elektroniikan lämpöhallinnassa sekä geotieteessä, jolloin se auttaa arvioimaan lämpötilan transientteja vasteita sekä energiatehokkuutta.