傳導

傳導是一種熱傳遞的機制,熱能可透過物質原子或分子間的互動,將熱能從一點傳送到另一點。傳導會發生在實體、液體和氣體。

傳導不涉及任何物質的整體運動。氣體會透過兩能量分子直接碰撞來傳遞熱;與實體相比,其熱傳導率較低,因為它們是稀釋媒介。液體中能量的傳導與氣體相同,但是其情況比較複雜,因為分子間的間隔較近,在碰撞過程中,分子力場對能量交換的影響很大。非金屬實體會以點陣振動方式傳遞熱,因此當熱在傳遞時,媒介本身不動。在正向溫度下,金屬的傳導性優於非金屬,因為它們有自由電子可攜帶熱能。

傳導方式的熱傳遞遵守傅立葉定律。此定律陳述:熱傳導率 Qconduction與熱傳遞面積 (A) 及溫度梯度 (dT/dx) 成正比,或:

Qconduction = - K A (dT/dx)

其中 K 為熱傳導率,用來衡量材料導熱的能力。K 的單位為 W/m.ºC 或 (Btu/s)/in.ºF。對於平坦層 (如下所示),熱傳導率的計算公式為:

Qconduction = - K A ( TH - TC )/L

下圖顯示在正常溫度及壓力下,液體、非金屬及純金屬的熱傳導率值範圍。

熱傳導率 (K) 的溫度相依

對於大部份的材料,K 值視溫度而有不同。當氣體在低壓力時,溫度會上升,但是在金屬或液體中則可能會上升或下降。

下表列出熱傳導率 (單位為 W/m.ºK) 相對於所選材料的溫度 (單位為 ºK):

金屬 溫度 (ºK)
103 173 273 373 473 573 673 873
不??       15 17 19 21 25
40 37 36 34 33 32 17 (liq.) 20 (liq.)
白金 78 73 72 72 72 73 74 77
124 122 122 117 110 106 100 60 (liq.)
856 342 168 112 82 66 54 38