Tepelná vodivosť
Tiež: Vedenie tepla, Termická vodivosť, λ (lambda)
Tepelná vodivosť opisuje, ako dobre materiál prenáša tepelnú energiu cez seba, a udáva sa vo wattoch na meter a kelvin (W/(m·K)).
Tepelná vodivosť (značka λ, jednotka W/(m·K)) je materiálová vlastnosť, ktorá udáva, ako rýchlo pevná látka, kvapalina alebo plyn prenáša tepelnú energiu z teplejšej do chladnejšej zóny. Čím vyššia je hodnota λ, tým efektívnejšie materiál vedie teplo. Drahé kovy patria medzi najlepšie vodiče tepla vôbec – vlastnosť, ktorá je v priemysle rovnako žiadaná, ako je relevantná pri kalkulačke hodnoty pretavenia pre zliatiny.
Fyzikálne pozadie
Prenos tepla v kovoch prebieha prevažne voľnými elektrónmi, nie len mrežovými kmitmi (fonónmi). Preto sú dobré elektrické vodiče spravidla aj dobrými vodičmi tepla – túto súvislosť opisuje Wiedemannov-Franzov zákon:
λ / σ = L · T
Pritom σ je elektrická vodivosť, T absolútna teplota (v kelvinoch) a L Lorenzovo číslo (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). Zákon platí pre čisté kovy pri izbovej teplote pomerne dobre.
Drahé kovy v porovnaní
Striebro vedie rebríček najčistejších kovov s 429 W/(m·K) a je tak najlepším kovovým vodičom tepla vôbec. Meď nasleduje tesne za ním s 401 W/(m·K) – preto meď ako lacnejšia alternatíva dominuje v chladičoch a výmenníkoch tepla. Zlato dosahuje 318 W/(m·K) a používa sa tam, kde má prednosť odolnosť voči korózii, napríklad v letectve a kozmonautike alebo v mikroelektronike. Platina a paládium ležia so zhruba 72 W/(m·K) výrazne nižšie, no bodujú svojou odolnosťou pri vysokých teplotách.
| Kov | λ v W/(m·K) | Hlavné použitie (tepelné) |
|---|---|---|
| Striebro | 429 | kontakty, pasty, spájkovanie |
| Meď | 401 | chladiče, výmenníky tepla |
| Zlato | 318 | mikročipy, kozmonautika |
| Platina | 72 | termočlánky, vysoké teploty |
| Paládium | 72 | katalyzátory, elektródy |
Praktický význam
V elektronike určuje tepelná vodivosť, ako účinne sa chladia procesory a výkonové polovodiče. Teplovodivé pasty a sintrované vrstvy s obsahom striebra platia za stav techniky pre vysokovýkonné čipy. V oblasti šperkov a zliatin mení každý legujúci partner hodnotu λ: sterlingové striebro (925) vedie už citeľne horšie než rýdze striebro, pretože mriežkové poruchy narúšajú pohyb elektrónov.
Tepelná vodivosť ovplyvňuje aj tzv. test topenia ľadu pri striebre: rýdze striebro vedie teplo tak dobre, že kocka ľadu na striebornej tehličke sa topí zreteľne rýchlejšie než na väčšine iných kovov – jednoduchý test hodnovernosti pre domáce použitie.
Zhrnutie
Striebro je najlepším kovovým vodičom tepla zo známych prvkov; meď a zlato nasledujú s malým odstupom. Táto vlastnosť robí z drahých kovov nenahraditeľné materiály vo vysokovýkonnej elektronike, kozmonautike a tepelnej technike – ďaleko nad rámec ich funkcie ako investičného drahého kovu.