什么是导热系数

导热系数（通常用k、λ或κ表示）是指材料传递或传导热量的固有能力。它是除对流和辐射以外的第三种传热方法。导热过程可以用适当的速率方程来量化。这种导热模式下的速率方程基于傅立叶导热定律。

它也被定义为单位时间内，每单位厚度（1m）的材料，通过单位面积（1m ²）传递的热量值。

导热系数是通过分子不间断碰撞产生的，并不会导致固体本身的整体运动。热量沿着温度梯度移动，即从高温和高分子能量的区域移动温度较低和分子能量较低的区域。这种转移将持续到热平衡。热量传递的速率取决于温度梯度的大小和材料的热特性。

导热系数使用国际单位制（SI 单位）W/m•K（瓦特每米每开氏度）进行量化，是热阻率的倒数，它是测量物体抵抗热传递的能力。导热系数可以使用以下公式计算：

k=Q∗L/A(T2-T1)

其中：

Q即热流（W)

L即材料的长度或厚度（m）

AA 即材料面积（m²）

T2−T1即温度梯度差（K）

导热系数变化

特定材料的热导率高度依赖于许多因素。这些因素包括温度梯度、材料的性质以及热量所遵循的路径长度。

我们周围的材料的热导率变化很大，例如从低热导率的空气（ 0°C 时为 0.024 W/m•K ）到铜等高导电性金属（385 W/m•K）。

材料的导热系数决定了我们如何使用它们，例如，导热系数低的材料在住房和企业隔热方面表现出色，而高导热材料则非常适合需要将热量快速有效地从一个区域转移到另一个区域的应用，比如厨具和电子设备的冷却系统。通过选择合适的热导率应用材料，我们可以获得尽可能最佳的材料性能。

导热系数和温度

由于分子运动是热导的基础，因此材料的温度对热导率有很大影响。分子在更高的温度下移动得更快，因此热量将以更高的速率通过材料传递。这意味着同一样品的热导率可能会随着温度的升高或降低而急剧变化。

了解温度对热传导的能力，对于确保产品在受到热应力时表现如预期至关重要。这在使用会产生热量的产品（例如电子产品）以及开发防火和防热材料时，显得尤其重要。

导热系数和结构

不同材料之间的热导率值差异很大，并且高度依赖于每种特定材料的结构。 材料会根据热传播的方向而具有不同的热导率值。 在这些情况下，由于结构的排列方式，热量更容易沿某个方向移动。

在讨论热导率趋势时，材料可分为三类：气体、非金属固体和金属固体。这三个类别在传热方面的不同能力可归因于它们的结构和分子运动的差异。

气体的相对热导率较低，因为它们的分子不像固体中的分子那样紧密，因此热传递高度依赖于分子的自由运动和分子速度。

气体是较差的热量传送器。而非金属固体中的分子结合成晶格网络，因此热导率主要通过这些晶格中的振动发生。与气体分子相比，非金属固体分子非常接近，这意味着非金属固体相比气体具有更高的热导率。

而这种变化部分归因于固体中存在的空气量，具有大量气穴的材料是出色的绝缘体，而那些更紧密填充的材料将具有更高的热导率值。

金属固体中的热导率与前面的例子再次不同。在石墨烯之外的所有材料中，金属的导热系数最高，并且兼具导热性和导电性的独特组合。这两个属性都是由相同的分子传递的，两者之间的关系由维德曼-弗兰兹定律定律可以来释义。该定律证明，在一定温度下，许多金属材料的热导率与其电导率之比约为常数，不随金属不同而改变。然而，随着温度的升高，材料的热导率将增加，而导电率将收缩。

导热系数测试和测量

导热系数是材料之间关系的关键组成部分，理解导热系数的能力，使我们能够在生活的各个方面使用材料中获得最佳性能。有效的热导率测试对这项工作至关重要。热导率测试方法可分为稳态或瞬态。这种描述是每种方法工作方式的一个决定性特征。稳态方法要求在开始测量之前，样品和参考件处于热平衡状态。瞬态方法不需要满足这一规则，因此可以更快地提供结果。