الموصلية الحرارية
الموصلية الحرارية (k) هي معامل التناسب في قانون فورييه: كثافة التدفق الحراري q⃗ = –k ∇T، حيث ∇T هو ممال درجة الحرارة. وهي تميز قدرة المادة على نقل الطاقة الحركية للجسيمات المجهرية دون انتقال المادة بشكل عياني. في المعادن، يتم نقل الحرارة أساساً بواسطة إلكترونات التوصيل، وفي العوازل بواسطة الفونونات (كمات اهتزاز الشبكة البلورية). أعلى موصلية حرارية بين المعادن النقية هي للفضة (k ≈ 430 واط/(م·كلفن)).
التاريخ
أجرى جان إنغنهووز أولى التجارب في القرن الثامن عشر: قارن كيف توصل المعادن المختلفة الحرارة. لكن الأساس العلمي وضعه جان بابتيست جوزيف فورييه في عام 1822، باستنباطه قانون التوصيل الحراري — المعادلة الرئيسية لانتقال الحرارة.
كيف يعمل
الحرارة هي اهتزاز الذرات. في المادة الصلبة، ترتبط الذرات بروابط مشدودة (روابط كيميائية). إذا سخنا طرفاً، تبدأ الذرات هناك بالاهتزاز أكثر وتهز الجيران ناقلة الاهتزازات على طول السلسلة. في المعادن، بالإضافة إلى ذلك، هناك إلكترونات حرة (جسيمات ناقلة صغيرة) تنقل الطاقة بسرعة أكبر بكثير من اهتزازات الشبكة، مثل سعاة نشيطين. لذلك توصل المعادن الحرارة بشكل ممتاز.
💡 الموصلية الحرارية للألماس أعلى بخمس مرات من النحاس، مع أن الألماس عازل كهربائي. السبب هو الشبكة البلورية الصلبة وذرات الكربون الخفيفة التي تسير فيها الفونونات بسرعة.