導熱性

導熱性（Thermal Conductivity）對固體或液體傳熱的能力的衡量。

熱傳導簡稱導熱。兩個相互接觸且溫度不同的物體，或同物體的各不同溫度部分間在不發生相對宏觀位移的情況下所進行的熱量傳遞過程稱為導熱。密實固體內部和靜止流體中的熱量傳遞都是純導熱在起作用。導熱部分參與了在運動流體中的熱量傳遞。

從微觀角度看，導熱是依靠組成物質的微粒的熱運動傳遞熱量的。溫度較高時有較高的能量。這些微粒和低溫部分較低能量的微粒相互作用（碰撤、擴散等）就形成了導熱。正是原子和分子的這些運動維持著熱傳導的進行。可以認為，熱傳導是由於物質粒子間的相互作用而導致的從高能級粒子向低能級粒子的能量傳輸。

用熱力學中所熟惡的概念來研究一種氣體中的熱傳導，就很容易解釋這種傳熱方式的物理機理。試考察一種內部存在溫度梯度，但沒有宏觀運動的氣體，這種氣體充滿了保持不同溫度的兩個表面之間的空間。把任一點的溫度與該點附近氣體分子所具有的能量聯繫起來，發現分子的能量與分子的隨機運動有關，也與分子內部的自旋及振動有關。且溫度高的分子所具有的分子能量也大。

由於分子之間經常不斷地發生碰撞，所以當鄰近的分子相撞時，能量大的分子就必然把能量傳遞給能量較小的分子。因此，存在溫度梯度的情況下，在沿溫度降低的方向上必然產生熱傳導。

在液體中的熱傳導情況也一樣，不過其分子間距離更小、分子的相互作用更強，也更頻繁罷了。同樣地，固體中的熱傳導也可以歸之於體現為晶格振動形式的分子運動。一種現代觀點認為：固體中的能量傳遞歸之於由原子運動引起的晶格運動。非導體完全靠這種晶格波動來傳遞能量；而在導體中，還存在自由電子遷移引起的能量傳遞。

導熱是依靠材料中的電子、原子、分子和晶格熱運動來傳遞熱量 。但材料性質不同，其主要導熱機理不同，效果也不一樣。一般來說，金屬的熱導率大於非金屬，純金屬熱導率大於合金。物質三態中，固態熱導率最大，液態次之，氣態最小。例如：標準大氣壓下0℃時的冰、水和水蒸氣的熱導率分別為2.22W/（m·K）、0.55W/（m・K）和0.183W/（m・K）。

金屬導熱主要依靠自由電子的熱運動，導電性能好的金屬材料其熱導率也大。金屬熱導率範圍在2.3~420W/（m・K），銀是420W/（m·K）。但純金屬內加入其他元素成為合金后，由於這些元素的嵌入，嚴重阻礙自由電子的運動，使熱導率大大下降。例如純銅的λ=398W/（m・K），加人30%的鋅后純銅變成黃銅，λ僅為109W（m・K）。

非金屬材料導熱主要依靠晶格結構振動產生彈性波的方式來傳遞能量。物理學中稱它為聲子傳遞能量。在傳遞過程中，若存在聲子散射的因素，如晶體缺隙、裂紋，熱導率會顯著下降。液體的熱導率在0.07－0.7W/（m・K）的範圍內，液體的導熱機理比較複雜。氣體的導熱是依靠分子熱運動，高溫區分子的速度高於低溫區，通過分子碰撞把能量傳給低溫區分子。氣體熱導率在0.006－0.7W/（m・K）範圍。氣體分子對熱導率影響較大，分子量越小、重量越輕、運動速度越快，熱導率就越大。電廠發電機採用氫氣冷卻代替空氣冷卻，冷卻效果較好就是這個道理。

溫度升高時，純金屬內電子和晶格熱運動都同時加劇，結果使在純金屬導熱過程中起主要作用的自由電子定向穿梭運動受阻。因此隨著溫度的升高，純金屬熱導率反而減小。非金屬導熱主要是依靠原子、分子和晶格的振動，溫度升高、振動加劇，熱導率跟著升自高。氣體導熱主要依靠分子熱運動，溫度升高，熱運動加快，熱導率隨之上升。由上可知，熱導率是溫度的函數。這一關係一般可近似表達為：

λ=λ0（1+bt）

其中λ0為0℃時的熱導率值，W/（m·K）；b為熱導率與溫度關係比例係數，b>0時熱導率隨溫度升高而增大，b<0時熱導率隨溫度升高而減小，b=0時熱導率是常數；t為攝氏溫度，℃。

在建築、熱能、深冷技術中經常使用絕熱或保溫材料。它們大都是多孔材料，孔中儲有導熱能力很差的空氣，所以能起到隔熱和保溫作用。而且它們都是不連續體，熱量傳遞既有固體骨架和空氣的導熱，還有空氣對流，甚至輻射作用。匚程上把這種複合傳熱所摺合的熱導率稱為表觀熱導率。表觀熱導率除受材料成分、壓力、溫度影響外，還受材料密度和含濕量的影響。密度越小，材料內小空隙越多，表觀熱導率就越小。但密度小到一定程度時，說明內部空隙增大或者已互相連通，引起內部空氣對流，傳熱增強，表觀熱導率反而增加。另一方面保溫材料中的孔隙容易吸附水分，水分在溫度梯度作用下的蒸發和遷移，使表觀熱導率大為增加。例如，常溫下乾的紅磚表觀熱導率為0.46W/（m・K），而濕的紅磚表觀熱導率達0.86W/（m・K）。

金屬傳導熱量的性能稱為導熱性。一般說導電性好的材料，其導熱性也好。若某些零件在使用中需要大量吸熱或散熱時，則要用導熱性好的材料。如凝汽器中的冷卻水管常用導熱性好的銅合金製造，以提高冷卻效果。

導熱性能好的物體，往往吸熱快，散熱也快。

其大小用熱導率來衡量，熱導率的符號是λ單位是W/（m·K）

純金屬的導熱性好，其中銀（約418.6）最好，銅（約393.5），鋁（約211.9）次之，鎢（約166.2），鎂（約153.7）等再次之合金的導熱性比純金屬差。

一般來說，在焊接，鑄造，鍛造，和熱處理等工藝就必須考慮其導熱性，防止材料在加熱或冷卻過程中其內外溫差過大，從而對材料造成變形和破壞等因素。