熱性質
熱傳導率(thermal conductivity)
抓起一支金屬湯匙和一支木湯匙,兩者都留在同一鍋熱湯裡:金屬燙手,木頭卻不會,即使兩者溫度相同。熱傳導率(thermal conductivity)衡量材料傳遞熱的難易。導熱率高(金屬)把熱迅速帶走;導熱率低(木頭、泡棉、空氣)把熱擋住。
支配它的定律是傅立葉定律:熱通量 q(每平方公尺瓦特)等於 -k x (dT/dx),其中 k 是熱傳導率,單位 W/m-K,dT/dx 是溫度梯度。k 大代表只要一點點溫差就有大量熱流過。數值跨越四個數量級:鑽石約 2000、銅約 400、鋁約 240、鋼約 50、玻璃約 1、水約 0.6、塑膠約 0.2、靜止空氣約 0.025、泡棉約 0.03 W/m-K。熱由兩位搬運工攜帶——自由電子(金屬中為主)與晶格振動即聲子(陶瓷、玻璃、高分子中為主)。
同一個 k 解釋了為什麼金屬摸起來冰(它們快速把熱從你溫暖的手指抽走),以及為什麼泡棉能隔熱(它們把導熱差的空氣困在微小孔洞裡,讓空氣無法對流)。設計者為散熱片與炊具追求高 k,為隔熱與保溫瓶追求低 k。誠實提醒:摸起來冰講的是導熱率,不是實際溫度——同一房間裡的金屬與木頭一樣溫暖;金屬只是把你的體熱偷得更快。
一塊銅散熱片(k 約 400)把熱從晶片帶走的速度,大約是同樣厚度泡棉(k 約 0.03)的 2000 倍——這就是為什麼一個用來散熱、另一個用來隔熱。
熱傳導率從鑽石到泡棉跨越了四個數量級。
金屬摸起來冰並不是溫度讀數——那是高導熱率在從你的皮膚抽走熱。在溫暖的房間裡,金屬扶手和木扶手溫度相同;只是金屬摸起來比較冰。
又称
另见