การนำความร้อนของโลหะ

การนำความร้อน เป็นคำที่คล้ายกับการนำไฟฟ้ามีความแตกต่างที่เกี่ยวข้องกับการไหลของความร้อนไม่เหมือนกับกระแสในกรณีหลัง มันชี้ไปที่ความสามารถของวัสดุในการขนส่งความร้อนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่มีการเคลื่อนที่ของวัสดุโดยรวม การนำความร้อน ดีกว่าที่จะดำเนินการความร้อน
ให้เราพิจารณาบล็อกของวัสดุที่ปลายด้านหนึ่งที่อุณหภูมิ T₁ และอื่น ๆ ที่ T₂. สำหรับต₁> T₂ความร้อนไหลจาก T₁ จบที่ T₂ สิ้นสุดและฟลักซ์ความร้อน (J) ที่ไหลผ่านพื้นที่หน่วยต่อหน่วยเวลาจะได้รับตาม

ที่ไหน
K คือ การนำความร้อน ใน Joule / meter-sec-K หรือ Watts / meter-K

โดยทั่วไปการถ่ายเทความร้อนในของแข็งมีสององค์ประกอบ

1. การนำตาข่าย
2. การนำอิเล็กทรอนิกส์

การนำความร้อนทั้งสองประเภทนั้นเกิดขึ้นในของแข็ง
ในกรณีของวัสดุฉนวนตาข่ายการนำความร้อนก่อให้เกิดการนำความร้อน นี่เป็นสาเหตุหลักมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าในฉนวนนั้นอิเล็กตรอนจะถูกยึดไว้อย่างแน่นหนาโดยอะตอมของพวกมันและไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ ดังนั้นความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากปลายด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งโดยการสั่นสะเทือนของอะตอมที่อยู่ในโครงสร้างตาข่าย เห็นได้ชัดว่าลูกถ้วยเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดีเนื่องจากไม่มีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนเพียงพอเนื่องจากขาดอิเล็กตรอนอิสระ

อย่างไรก็ตามในกรณีของโลหะเรามีจำนวนมากอิเล็กตรอนอิสระและด้วยเหตุนี้การนำความร้อนเป็นหลักเนื่องจากการนำอิเล็กทรอนิกส์ อิเล็กตรอนอิสระของโลหะสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระผ่านของแข็งและถ่ายโอนพลังงานความร้อนในอัตราที่สูงมากเมื่อเทียบกับฉนวน เป็นเพราะสิ่งนี้ที่โลหะมีค่าการนำความร้อนสูง นอกจากนี้ยังพบว่าในบรรดาโลหะตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดยังมีค่าการนำความร้อนที่ดีที่สุด เนื่องจากทั้งการนำไฟฟ้าและการนำความร้อนขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนอิสระปัจจัยต่าง ๆ เช่นผลกระทบการผสมทั้งคุณสมบัติ
การนำความร้อนของโลหะ แตกต่างกันตั้งแต่ 15 - 450 W / mK ที่ 300K

กฎหมาย Wiedemann Franz

กฎหมาย Wiedemann Franz โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับทั้งสองความนำไฟฟ้าของโลหะคือการนำความร้อนและไฟฟ้าด้วยอุณหภูมิ มันบอกว่าอัตราส่วนของการนำความร้อน K และการนำไฟฟ้า

เป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิของชิ้นงาน G. Wiedemann และ R. Franz ในปี 1853 ก่อตั้งขึ้นบนพื้นฐานของข้อมูลการทดลองที่ว่า มีค่าคงที่ที่อุณหภูมิคงที่

ในปี 1882 นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก L. Lorenz แสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์

การเปลี่ยนแปลงสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ T

โดยที่ T = อุณหภูมิ

กฎหมายฉบับนี้ระบุว่าด้วยการเพิ่มขึ้นอุณหภูมิการนำความร้อนของโลหะเพิ่มขึ้นในขณะที่การนำไฟฟ้าลดลง เรารู้ว่าคุณสมบัติของโลหะทั้งสองนั้นขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนอิสระ การเพิ่มอุณหภูมิเพิ่มความเร็วเฉลี่ยของอิเล็กตรอนอิสระทำให้การถ่ายเทพลังงานความร้อนเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้ามการเพิ่มขึ้นของความเร็วของอิเล็กตรอนยังเพิ่มจำนวนการชนของอิเล็กตรอนอิสระที่มีไอออนของแลตทิซดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความต้านทานไฟฟ้า
อย่างไรก็ตามกฎหมายนี้มีข้อ จำกัด บางประการ สัดส่วนไม่ถือจริงสำหรับทุกช่วงอุณหภูมิ พบได้เฉพาะในอุณหภูมิที่สูงมากและอุณหภูมิต่ำมาก โลหะบางชนิดเช่นเบริลเลียมเงินบริสุทธิ์ ฯลฯ ไม่ปฏิบัติตามกฎหมายนี้