金属的导热系数

如题所述

铝的导热系数是217.7,是一种铝基板散热性能参数,它是衡量铝基板好坏的三大标准之一(热阻值和耐压值是另两个性能)。热胀冷缩是物质的共同本性,不同物质的热膨胀系数是不同的。
铝(Aluminium)是一种金属元素,元素符号为Al,原子序数为13。其单质是一种银白色轻金属。
有延展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。
铝粉在空气中加热能猛烈燃烧,并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液,难溶于水。
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第1个回答  2020-11-03
金属电导和导热系数(也叫热导)之间有数学关系,叫做魏德曼—弗兰兹定律(Wiedemann-Franz Law):在不太低的温度下,金属的导热系数与电导率之比正比于温度,其中比例常数的值不依赖于具体的金属。

用公式表示即为:[公式],其中[公式]为导热系数,[公式]为电导率,[公式]为一个不依赖于具体金属而与温度有关的常数。

之后洛伦兹(Lorenz)将这个公式推广为:[公式],[公式]为热力学温度,[公式]为洛伦兹常数。[公式].

当然,这个规律只是在温度较高的情况下成立,在温度较低时,[公式]就不再是常数了。

通常的金属材料可以这样来看待,原子核和内壳层电子组成的原子实(也可以简称为原子)因为它们之间的相互吸引作用(离子晶体是库伦作用、原子晶体是化学键作用,分子晶体是范德瓦耳斯力或氢键作用)按照规则排布(不考虑缺陷),不能随便运动(不然的话材料就散开,不再是固体了),最外层电子受原子核的束缚作用较小,可以在整个金属中自由运动(量子力学能带理论的结果)。

在通常的金属材料中(不考虑重费米子金属、半金属等复杂情况),起导电作用的是自由电子,在电场的作用下,自由电子会沿着电场的反方向运动(其实是一个费米球漂移,用玻尔兹曼方程描述,这里可以简单地这么理解),自由电子越多,受到的散射(受到晶格缺陷等障碍阻止其沿着电场方向运动,这些散射也是电阻产生的根源)越少,导电性就越好。

而在通常金属中起导热作用的有两个部分。其一也是自由电子,热电子会在温度场下扩散(也用玻尔兹曼方程描述,把电场变成温度梯度场即可)。简单地说就是温度高的自由电子会运动加快,它们会迅速向四处扩散,和冷电子(温度低的电子)通过碰撞交换能量,把热量传导开来。同导电性一样,自由电子越多,受到的散射越少,电子的导热性就越好。其二是晶格振动,在金属(其他晶体材料也是一样)中,原子实虽然不能自由运动,但它们可以在格点(晶体结构给他们规定的准确位置)周围作微小的集体振动(原子之间是有相互作用的,就相当于手拉着手,一个原子振动也会带动其他原子振动),形成格波(类似于集体舞),可以把它们看成一种准粒子(其实并不存在,但和粒子的作用一样)——声子。温度高的地方晶格振动更加剧烈,也可以将热量传导到温度低的地方,可以认为是高温的地方产生的声子扩散到低温的地方。在低温的时候,晶格振动不太剧烈,声子数目较少,它们之间相互碰撞的可能性也较少(可以这么认为),平均自由程(一个声子在两次碰撞之间运动的距离)长,晶格导热能力也就较强。在温度较高时,晶格振动剧烈,声子很多,相互碰撞的几率大大增加,声子的平均自由程也大大减小,晶格导热能力也大大降低,所以就可以忽略了。而自由电子运动的速度很快,电子的平均自由程主要取决于声子和电子的碰撞(也即电子和振动的晶格原子的碰撞),而不是电子和电子的碰撞,所以一般金属的电导随温度升高而降低,这是电子和声子的一个很大的不同,必须要注意。

总之,在温度较高时,晶格热导可以忽略,主要是电子热导起作用,而电子热导和电子电导在一定的温度下是成正比的(都取决于自由电子的数目和平均自由程),所以电导和导热系数也就成正比。而温度较低时,必须要考虑晶格热导,魏德曼—弗兰兹定律就不再成立了。

题主的这个问题是固体物理(凝聚态物理)的一个基本问题,正好是我的专业,而我好久都没有答过物理问题了,所以才有这么一答。考虑到题主可能不是物理专业的,所以我尽量采用了通俗一点的说法来解释这个问题,没有完全从专业的角度来谈(说到了一些专业术语,如玻尔兹曼方程、准粒子、平均自由程)。当然,一旦通俗,很多地方就难免不太严谨,但道理的确是这样,是没有大错误的。要真正把这个问题搞清楚,就必须要懂《固体物理》才行,这个问题必须要综合利用《固体物理》中几个不同板块的知识才能解释清楚。本回答被网友采纳
第2个回答  2020-11-03
金属(按导热性大小排列)有:银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、纳(Na)、钼(Mo)、 钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅(Pb)。
金属导热性用导热系数来衡量。导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1秒钟内(1S),通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度(W/(m·K),此处为K可用℃代替)

导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在一定时间内,通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度 (W/(m·K),此处为K可用℃代替)。
导热系数是建筑材料最重要的热湿物性参数之一,与建筑能耗、室内环境及很多其他热湿过程息息相关。
导热系数仅针对存在导热的传热形式,当存在其他形式的热传递形式时,如辐射、对流和传质等多种传热形式时的复合传热关系,复合传热关系通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数(thermal transmissivity of material)。此外,导热系数是针对均质材料而言的,实际情况下,还存在有多孔、多层、多结构、各向异性材料,此种材料获得的导热系数实际上是一种综合导热性能的表现,也称之为平均导热系数。
不同物质导热系数各不相同;相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低时,导热系数较小。一般来说,固体的热导率比液体的大,而液体的又要比气体的大。这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不同所导致。工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的。
随着温度的升高或含湿量的增大,所测5种典型建筑材料的导热系数都呈增大的趋势。下面从微观机理上对此加以分析。对多孔材料而言,当其受潮后,液态水会替代微孔中原有的空气;而在常温常压下,液态水的导热系数(约为0.59W/(m·K))远大于空气的导热系数(约为0.026W/(m·K)),因此,含湿材料的导热系数会大于干燥材料的导热系数,且含湿量越高,导热系数也越大。若在低温下水分凝结成冰,由于冰的导热系数高达2.2W/(m·K)),因此材料整体的导热系数也将增大。
与受潮带来的影响不同,温度升高会引起分子热运动的加快,促进固体骨架的导热及孔隙内流体的对流传热。此外,孔壁之间的辐射换热也会因为温度的升高而加强。若材料含湿,则温度梯度还可能造成重要影响:温度梯度将形成蒸汽压梯度,使水蒸气从高温侧向低温侧迁移;在特定条件下,水蒸气可能在低温侧发生冷凝,形成的液态水又将在毛细压力的驱动下从低温侧向高温侧迁移。如此循环往复,类似于热管的强化换热作用,使材料表现出来的导热系数明显增大
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