晶格振动与声子

热导率

刚从炉子上抓一下金属锅把,你会疼得叫出声;可抓一下在同一口锅里搁了同样久的木勺,却舒舒服服。两者都碰到了热,但金属把热急忙塞进你手里,木头却把它拦住了。热导率度量的正是这件事:一种材料让热从它的热端流向冷端有多痛快。

热不过是原子剧烈的抖动,而传导就是这种抖动从一个原子传给下一个、朝着较凉的区域去。在非金属里,热由声子来运送——它们是把能量摆渡过固体的晶格振动小包。在金属里,自由电子也能运热,而且运得太好了,使金属远远超过其他一切。这些载运者在被撞偏之前走得越快、越远,热导率就越高。

热导率对炊具、保温材料、必须把热排出去的电脑芯片,以及必须把热留住的航天器都至关重要。微妙之处在于:最顶尖的导热体并不总是金属:钻石作为一种电的绝缘体,导热却比铜还好,因为它那又轻、又被硬硬地键合着的原子,让声子几乎毫无阻拦地一路滑过。

在同一个凉爽的房间里,分别摸一摸瓷砖地板和地毯:瓷砖感觉冷得多。两者其实是同一个温度;瓷砖之所以感觉更冷,只是因为它高的热导率把热从你脚上飞快地抽走,而地毯导热太差,热便留在原地。

同温下瓷砖比地毯感觉更冷——这是热导率在起作用,而不是温度。

在大多数金属里,热和电是搭伴同行的,所以好的电导体通常也是好的热导体。钻石是那个著名的例外:它彻底挡住电流,却仅凭声子就把热导得极好。

又称
heat conductivity导热系数