värmekonduktiviteten

Värmekonduktiviteten, ofta betecknad k, är ett materialegenskapsmått som beskriver hur väl ett ämne leder värme. En hög k innebär god värmeledning, medan en låg k innebär god isolering. Enheten är watt per meter kelvin (W/(m·K)).

Enligt Fourier's lag överförs värme i ett material som q = -k ∇T, där värmeflödet per ytenhet är impedimentlöst proportionalt med temperaturgradienten. Värmekonduktiviteten är således ett materialkonstant vid givna förhållanden och beskriver hur snabbt temperaturförändringar jämnas ut i materialet. Värmekonduktiviteten relateras också till termisk diffusivitet α genom k = α ρ c, där ρ är densitet och c är specifik värmekapacitet.

Faktorer som påverkar k inkluderar materialets fas och mikrostruktur, porositet och fuktinnehåll, temperatur samt om ledningen är riktad i anisotropt material som kristaller eller kompositmaterial. Kristallina ämnen kan ha olika k i olika riktningar, och olika tillverkningsprocesser kan förändra mikrostrukturen och därmed k.

Typiska värden vid rumstemperatur ligger i olika ordningar beroende på material. Metaller har vanligtvis 50–400 W/mK. Glas och keramiska material ligger ofta i intervallet 1–100 W/mK. Polymerer är vanligtvis i storleksordningen 0.1–0.5 W/mK. Aerogeler och specialisoleringsmaterial kan nå mycket låga värden, cirka 0.01–0.03 W/mK.

Mätningar av värmekonduktivitet utförs med metoder som steady-state guarded hot plate eller värmeflödesmeter för plana prover, samt tidsbaserade tekniker som transient plane source eller laser-pulsbaserade tester. För att uppskatta k från diffusivitet används k = α ρ c.

Betydelse: värmekonduktiviteten är central vid energidesign av byggnader och apparater, i elektronikens kylning och i valet av isoleringsmaterial för att minimera värmeförluster och reglera temperaturer.