晶格振動與聲子
熱導率
剛從爐子上抓一下金屬鍋把,你會疼得叫出聲;可抓一下在同一口鍋裡擱了同樣久的木勺,卻舒舒服服。兩者都碰到了熱,但金屬把熱急忙塞進你手裡,木頭卻把它攔住了。熱導率度量的正是這件事:一種材料讓熱從它的熱端流向冷端有多痛快。
熱不過是原子劇烈的抖動,而傳導就是這種抖動從一個原子傳給下一個、朝著較涼的區域去。在非金屬裡,熱由聲子來運送——它們是把能量擺渡過固體的晶格振動小包。在金屬裡,自由電子也能運熱,而且運得太好了,使金屬遠遠超過其他一切。這些載運者在被撞偏之前走得越快、越遠,熱導率就越高。
熱導率對炊具、保溫材料、必須把熱排出去的電腦晶片,以及必須把熱留住的航天器都至關重要。微妙之處在於:最頂尖的導熱體並不總是金屬:鑽石作為一種電的絕緣體,導熱卻比銅還好,因為它那又輕、又被硬硬地鍵合著的原子,讓聲子幾乎毫無阻攔地一路滑過。
在同一個涼爽的房間裡,分別摸一摸瓷磚地板和地毯:瓷磚感覺冷得多。兩者其實是同一個溫度;瓷磚之所以感覺更冷,只是因為它高的熱導率把熱從你腳上飛快地抽走,而地毯導熱太差,熱便留在原地。
同溫下瓷磚比地毯感覺更冷——這是熱導率在起作用,而不是溫度。
在大多數金屬裡,熱和電是搭伴同行的,所以好的電導體通常也是好的熱導體。鑽石是那個著名的例外:它徹底擋住電流,卻僅憑聲子就把熱導得極好。
又稱
另見