теплопроводность
Теплопроводность (k) — коэффициент пропорциональности в законе Фурье: плотность теплового потока q⃗ = –k ∇T, где ∇T — градиент температуры. Она характеризует способность вещества передавать кинетическую энергию микроскопических частиц без макроскопического перемещения вещества. В металлах перенос тепла осуществляется в основном электронами проводимости, в диэлектриках — фононами (квантами колебаний кристаллической решётки). Наибольшей теплопроводностью среди чистых металлов обладает серебро (k ≈ 430 Вт/(м·К)).
История
Первые опыты ставил Ян Ингенхауз в XVIII веке: он сравнивал, как разные металлы проводят тепло. Но научную основу заложил Жан Батист Жозеф Фурье в 1822 году, выведя закон теплопроводности — главное уравнение теплопередачи.
Как работает
Тепло — это дрожание атомов. В твёрдом теле атомы жёстко связаны пружинками (химическими связями). Если подогреть один конец, атомы там начинают дрожать сильнее и раскачивают соседей, передавая колебания вдоль цепочки. В металлах, кроме того, есть свободные электроны (крошечные частицы-переносчики), которые, как шустрые курьеры, разносят энергию гораздо быстрее, чем колебания решётки. Поэтому металлы проводят тепло превосходно.
💡 У алмаза теплопроводность в пять раз выше, чем у меди, хотя алмаз — электрический изолятор. Причина — жёсткая кристаллическая решётка и лёгкие атомы углерода, по которым быстро бегут фононы.