Soojusjuhtivus
Ka: Soojusjuhtimine, Termiline juhtivus, λ (lambda)
Soojusjuhtivus kirjeldab, kui hästi materjal transpordib soojusenergiat endast läbi, ja seda väljendatakse vattides meetri ja kelvini kohta (W/(m·K)).
Soojusjuhtivus (valemimärk λ, ühik W/(m·K)) on materjaliomadus, mis näitab, kui kiiresti tahke keha, vedelik või gaas transpordib soojusenergiat soojemast tsoonist külmemasse. Mida kõrgem on λ-väärtus, seda tõhusamalt materjal soojust juhib. Väärismetallid kuuluvad üldse parimate soojusjuhtide hulka – omadus, mis on tööstuses sama nõutud kui asjakohane sulamisväärtuse kalkulaatoris sulamite jaoks.
Füüsikaline taust
Soojustransport metallides toimub valdavalt vabade elektronide, mitte üksnes võretõngete (foononite) kaudu. Seetõttu on head elektrijuhid tavaliselt ka head soojusjuhid – seda seost kirjeldab Wiedemann-Franzi seadus:
λ / σ = L · T
Siin on σ elektrijuhtivus, T absoluutne temperatuur (kelvinites) ja L Lorenzi arv (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). Seadus kehtib puhaste metallide puhul toatemperatuuril üsna hästi.
Väärismetallid võrdluses
Hõbe juhib puhaste metallide edetabelit 429 W/(m·K)-ga ja on seega parim metalliline soojusjuht üldse. Vask järgneb napilt tema järel 401 W/(m·K)-ga – mistõttu vask domineerib soodsama alternatiivina jahutuselementides ja soojusvahetites. Kuld saavutab 318 W/(m·K) ja seda kasutatakse seal, kus korrosioonikindlus on esmatähtis, näiteks lennundus- ja kosmosetööstuses või mikroelektroonikas. Plaatina ja pallaadium on umbes 72 W/(m·K)-ga oluliselt madalamal, kuid punktivõidu annab nende kõrgtemperatuuritaluvus.
| Metall | λ W/(m·K) | Peamine kasutus (termiline) |
|---|---|---|
| Hõbe | 429 | Kontaktid, pasta, jootetehnika |
| Vask | 401 | Jahutuselemendid, soojusvahetid |
| Kuld | 318 | Mikrokiibid, kosmosetööstus |
| Plaatina | 72 | Termoelemendid, kõrgtemp. |
| Pallaadium | 72 | Katalüsaatorid, elektroodid |
Praktiline tähtsus
Elektroonikas määrab soojusjuhtivus, kui tõhusalt jahutatakse protsessoreid ja võimsushalvjuhte. Hõbedasisaldusega soojusjuhtivpastasid ja paagutuskihte peetakse tipptehnoloogiaks kõrgvõimsuslike kiipide jaoks. Ehte- ja sulamivaldkonnas muudab iga sulamipartner λ-väärtust: sterlinghõbe (925) juhib juba tuntavalt halvemini kui puhas hõbe, sest võredefektid häirivad elektronide liikumist.
Soojusjuhtivus mõjutab ka nn jääsulatustesti hõbeda puhul: puhas hõbe juhib soojust nii hästi, et jääkuubik hõbekangil sulab tunduvalt kiiremini kui enamiku teiste metallide peal – lihtne usutavustest koduseks kasutuseks.
Lühidalt meelde
Hõbe on teadaolevate elementide parim metalliline soojusjuht; vask ja kuld järgnevad väikese vahega. See omadus teeb väärismetallidest asendamatud materjalid kõrgvõimsuselektroonikas, kosmosetööstuses ja soojustehnikas – kaugelt üle nende funktsiooni investeerimisväärismetallina.