Топлопроводимост
Също: Топлопренасяне, Термична проводимост, λ (ламбда)
Топлопроводимостта описва колко добре даден материал пренася топлинна енергия през себе си и се измерва във ватове на метър и келвин (W/(m·K)).
Топлопроводимостта (означение λ, единица W/(m·K)) е свойство на материала, което показва колко бързо дадено твърдо тяло, течност или газ пренася топлинна енергия от по-топла към по-студена зона. Колкото по-висока е стойността на λ, толкова по-ефективно материалът провежда топлина. Благородните метали са сред най-добрите топлопроводници изобщо – свойство, което е търсено в промишлеността и е от значение при калкулатора за стойност при претопяване за сплави.
Физически произход
Пренасянето на топлина в металите се осъществява предимно чрез свободните електрони, а не само чрез трептенията на кристалната решетка (фонони). Затова добрите електрически проводници обикновено са и добри топлопроводници – тази връзка описва законът на Видеман-Франц:
λ / σ = L · T
Тук σ е електрическата проводимост, T е абсолютната температура (в келвини), а L е числото на Лоренц (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). Законът важи доста добре за чисти метали при стайна температура.
Благородните метали в сравнение
Среброто оглавява класацията на чистите метали с 429 W/(m·K) и така е най-добрият метален топлопроводник изобщо. Медта го следва плътно с 401 W/(m·K) – затова медта доминира като по-евтина алтернатива в радиаторите и топлообменниците. Златото достига 318 W/(m·K) и се използва там, където устойчивостта на корозия има предимство, например в авиацията, космонавтиката или в микроелектрониката. Платината и паладият лежат значително по-ниско, около 72 W/(m·K), но печелят с високотемпературната си устойчивост.
| Метал | λ във W/(m·K) | Основно приложение (термично) |
|---|---|---|
| Сребро | 429 | Контакти, паста, запояване |
| Мед | 401 | Радиатори, топлообменници |
| Злато | 318 | Микрочипове, космонавтика |
| Платина | 72 | Термодвойки, висока темп. |
| Паладий | 72 | Катализатори, електроди |
Практическо значение
В електрониката топлопроводимостта определя колко ефективно се охлаждат процесорите и мощните полупроводници. Топлопроводимите пасти и синтеровани слоеве със съдържание на сребро се смятат за най-съвременно решение при високопроизводителните чипове. В областта на бижутата и сплавите всеки легиращ партньор променя стойността на λ: стерлинговото сребро (925) провежда осезаемо по-зле от чистото сребро, защото дефектите в решетката пречат на движението на електроните.
Топлопроводимостта влияе и върху така наречения тест с лед при среброто: чистото сребро провежда топлина толкова добре, че кубче лед върху сребърно кюлче се топи значително по-бързо, отколкото върху повечето други метали – прост тест за правдоподобност за домашна употреба.
Накратко
Среброто е най-добрият метален топлопроводник от известните елементи; медта и златото следват с малко изоставане. Това свойство прави благородните метали незаменими материали във високопроизводителната електроника, космонавтиката и топлотехниката – далеч отвъд функцията им на инвестиционен благороден метал.