Toplotna prevodnost
Tudi: Prevajanje toplote, Termična prevodnost, λ (lambda)
Toplotna prevodnost opisuje, kako dobro material prevaja toplotno energijo skozi sebe, in se navaja v vatih na meter in kelvin (W/(m·K)).
Toplotna prevodnost (oznaka λ, enota W/(m·K)) je lastnost materiala, ki pove, kako hitro trdno telo, tekočina ali plin prenaša toplotno energijo iz toplejšega v hladnejše območje. Višja kot je vrednost λ, učinkoviteje material prevaja toploto. Plemenite kovine sodijo med najboljše prevodnike toplote nasploh – lastnost, ki je v industriji zaželena, hkrati pa pomembna pri kalkulatorju taljene vrednosti za zlitine.
Fizikalno ozadje
Prenos toplote v kovinah poteka pretežno prek prostih elektronov, ne le prek nihanj kristalne mreže (fononov). Zato so dobri električni prevodniki praviloma tudi dobri prevodniki toplote – to povezavo opisuje Wiedemann-Franzov zakon:
λ / σ = L · T
Pri tem je σ električna prevodnost, T absolutna temperatura (v kelvinih), L pa Lorenzovo število (≈ 2,44 × 10⁻⁸ W·Ω/K²). Zakon za čiste kovine pri sobni temperaturi velja precej dobro.
Plemenite kovine v primerjavi
Srebro vodi lestvico najčistejših kovin z 429 W/(m·K) in je s tem najboljši kovinski prevodnik toplote nasploh. Baker sledi tesno za njim s 401 W/(m·K) – zato baker kot cenejša alternativa prevladuje v hladilnih telesih in prenosnikih toplote. Zlato dosega 318 W/(m·K) in se uporablja tam, kjer ima prednost odpornost proti koroziji, na primer v letalstvu in vesoljski tehniki ali v mikroelektroniki. Platina in paladij z okoli 72 W/(m·K) ležita občutno nižje, a se odlikujeta z visokotemperaturno odpornostjo.
| Kovina | λ v W/(m·K) | Glavna uporaba (toplotna) |
|---|---|---|
| Srebro | 429 | Kontakti, paste, spajkalna tehnika |
| Baker | 401 | Hladilna telesa, prenosniki toplote |
| Zlato | 318 | Mikročipi, vesoljska tehnika |
| Platina | 72 | Termoelementi, visoka temperatura |
| Paladij | 72 | Katalizatorji, elektrode |
Praktični pomen
V elektroniki toplotna prevodnost določa, kako učinkovito se hladijo procesorji in močnostni polprevodniki. Toplotne paste in sintrane plasti z vsebnostjo srebra veljajo za vrhunec tehnike pri zmogljivih čipih. Na področju nakita in zlitin vsak legirni partner spremeni vrednost λ: sterling srebro (925) prevaja že opazno slabše kot čisto srebro, ker napake v kristalni mreži motijo gibanje elektronov.
Toplotna prevodnost vpliva tudi na tako imenovani ledeni test pri srebru: čisto srebro toploto prevaja tako dobro, da se ledena kocka na srebrni palici stopi občutno hitreje kot na večini drugih kovin – preprost preizkus verjetnosti za domačo rabo.
Na kratko
Srebro je najboljši kovinski prevodnik toplote med znanimi elementi; baker in zlato sledita z nekoliko zaostanka. Ta lastnost uvršča plemenite kovine med nepogrešljive materiale v zmogljivi elektroniki, vesoljski tehniki in toplotni tehniki – daleč onkraj njihove funkcije kot naložbena plemenita kovina.