Warmtegeleiding
Ook: Warmtegeleidbaarheid, Thermische geleidbaarheid, λ (lambda)
De warmtegeleiding beschrijft hoe goed een materiaal warmte-energie door zich heen transporteert en wordt uitgedrukt in watt per meter en kelvin (W/(m·K)).
De warmtegeleiding (formuleteken λ, eenheid W/(m·K)) is een materiaaleigenschap die aangeeft hoe snel een vaste stof, een vloeistof of een gas warmte-energie van een warmere naar een koudere zone transporteert. Hoe hoger de λ-waarde, des te efficiënter geleidt het materiaal warmte. Edelmetalen behoren tot de beste warmtegeleiders die er bestaan – een eigenschap die in de industrie even gevraagd is als relevant bij de smeltwaardecalculator voor legeringen.
Fysische achtergrond
Het warmtetransport in metalen verloopt overwegend via vrije elektronen, niet via roostertrillingen (fononen) alleen. Daarom zijn goede elektrische geleiders in de regel ook goede warmtegeleiders – dit verband beschrijft de wet van Wiedemann-Franz:
λ / σ = L · T
Daarbij is σ de elektrische geleidbaarheid, T de absolute temperatuur (in kelvin) en L het lorentzgetal (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). De wet geldt voor zuivere metalen bij kamertemperatuur vrij goed.
Edelmetalen vergeleken
Zilver voert de ranglijst van de zuiverste metalen aan met 429 W/(m·K) en is daarmee de beste metallische warmtegeleider die er bestaat. Koper volgt kort daarachter met 401 W/(m·K) – daarom domineert koper als goedkopere alternatief in koellichamen en warmtewisselaars. Goud bereikt 318 W/(m·K) en wordt ingezet waar corrosiebestendigheid voorrang heeft, bijvoorbeeld in de lucht- en ruimtevaart of in de micro-elektronica. Platina en palladium liggen met rond 72 W/(m·K) duidelijk lager, maar scoren met hun hogetemperatuurweerstand.
| Metaal | λ in W/(m·K) | Hoofdtoepassing (thermisch) |
|---|---|---|
| Zilver | 429 | Contacten, pasta, soldeertechniek |
| Koper | 401 | Koellichamen, warmtewisselaars |
| Goud | 318 | Microchips, ruimtevaart |
| Platina | 72 | Thermokoppels, hoge temp. |
| Palladium | 72 | Katalysatoren, elektroden |
Praktische betekenis
In de elektronica bepaalt de warmtegeleiding hoe effectief processoren en vermogenshalfgeleiders worden gekoeld. Zilverhoudende warmtegeleidingspasta's en sinterlagen gelden als state of the art voor hoogvermogen-chips. In het sieraad- en legeringsdomein verandert elke legeringspartner de λ-waarde: sterlingzilver (925) geleidt al merkbaar slechter dan zuiver zilver, omdat roosterfouten de elektronenbeweging verstoren.
De warmtegeleiding beïnvloedt ook de zogenoemde ijssmelttest bij zilver: zuiver zilver geleidt warmte zo goed dat een ijsblokje op een zilverbaar duidelijk sneller smelt dan op de meeste andere metalen – een eenvoudige plausibiliteitstest voor thuisgebruik.
Kort samengevat
Zilver is de beste metallische warmtegeleider van de bekende elementen; koper en goud volgen met enige afstand. Deze eigenschap maakt edelmetalen tot onmisbare werkstoffen in de hoogvermogen-elektronica, de ruimtevaart en de warmtetechniek – ver voorbij hun functie als beleggingsedelmetaal.