Przewodnosc cieplna
Także: Przewodzenie ciepla, Przewodnosc termiczna, λ (lambda)
Przewodnosc cieplna opisuje, jak dobrze material przewodzi przez siebie energie cieplna, i wyrazana jest w watach na metr i kelwin (W/(m·K)).
Przewodnosc cieplna (symbol λ, jednostka W/(m·K)) to wlasciwosc materialu okreslajaca, jak szybko cialo stale, ciecz lub gaz przenosi energie cieplna ze strefy cieplejszej do chlodniejszej. Im wyzsza wartosc λ, tym efektywniej material przewodzi cieplo. Metale szlachetne naleza do najlepszych przewodnikow ciepla w ogole – wlasciwosc ta jest tak samo pozadana w przemysle, jak istotna w kalkulatorze wartosci kruszcu dla stopow.
Tlo fizyczne
Transport ciepla w metalach odbywa sie glownie przez swobodne elektrony, a nie wylacznie przez drgania sieci krystalicznej (fonony). Dlatego dobre przewodniki elektryczne sa z reguly rowniez dobrymi przewodnikami ciepla – zaleznosc te opisuje prawo Wiedemanna-Franza:
λ / σ = L · T
Gdzie σ to przewodnosc elektryczna, T to temperatura bezwzgledna (w kelwinach), a L to liczba Lorenza (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). Prawo to dobrze sprawdza sie dla czystych metali w temperaturze pokojowej.
Metale szlachetne w porownaniu
Srebro prowadzi w rankingu czystych metali z wartoscia 429 W/(m·K) i jest tym samym najlepszym metalicznym przewodnikiem ciepla w ogole. Miedz podaza tuz za nim z 401 W/(m·K) – dlatego miedz jako tansza alternatywa dominuje w radiatorach i wymiennikach ciepla. Zloto osiaga 318 W/(m·K) i jest stosowane tam, gdzie priorytetem jest odpornosc na korozje, np. w lotnictwie i kosmonautyce lub w mikroelektronice. Platyna i pallad z okolo 72 W/(m·K) leza wyraznie nizej, ale wygrywaja odpornoscia w wysokich temperaturach.
| Metal | λ w W/(m·K) | Glowne zastosowanie (termiczne) |
|---|---|---|
| Srebro | 429 | Styki, pasty, lutowanie |
| Miedz | 401 | Radiatory, wymienniki ciepla |
| Zloto | 318 | Mikroukłady, kosmonautyka |
| Platyna | 72 | Termopary, wysokie temp. |
| Pallad | 72 | Katalizatory, elektrody |
Znaczenie praktyczne
W elektronice przewodnosc cieplna decyduje o tym, jak skutecznie chlodzone sa procesory i polprzewodniki mocy. Pasty termoprzewodzace zawierajace srebro oraz warstwy spiekane uchodza za stan techniki dla wysokowydajnych ukladow. W obszarze bizuterii i stopow kazdy dodatek stopowy zmienia wartosc λ: srebro sterling (925) przewodzi juz zauwazalnie gorzej niz srebro czyste, poniewaz defekty sieci zaklocaja ruch elektronow.
Przewodnosc cieplna wplywa rowniez na tzw. test lodowy srebra: czyste srebro przewodzi cieplo tak dobrze, ze kostka lodu na sztabce srebra topi sie wyraznie szybciej niz na wiekszosci innych metali – prosty test wiarygodnosci do zastosowania domowego.
W skrocie
Srebro jest najlepszym metalicznym przewodnikiem ciepla sposrod znanych pierwiastkow; miedz i zloto podazaja za nim z pewnym dystansem. Wlasciwosc ta czyni metale szlachetne niezastapionymi materialami w wysokowydajnej elektronice, kosmonautyce i technice cieplnej – daleko poza ich funkcja jako metalu szlachetnego inwestycyjnego.