6.Теплопровідність матеріалів.

Теплопровідність – це властивість тіла проводити тепло. З іншого боку теплопровідність – це процес переносу теплоти від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих, який призводить до вирівнювання температури.

Теплопровідність називається стаціонарною, якщо різниця температур T, що її викликає, зберігається незмінною. Якщо T не є постійною, то то теплопровідність називається нестаціонарною.

Теплопровідність твердих тіл (непровідників).

Теплопровідність твердих тіл має різну природу. В діелектриках, які не мають вільних електричних зарядів переніс енергії теплового руху здійснюється фононами. Фонони – це квазічастинка, це квант пружної хвилі зміщень атомів (іонів, молекул) кристалу з положення рівноваги. У твердих діелектриків  = c<v><l>, де c – теплоємність діелектрика, <v> - середня швидкість фононів, яка приблизно дорівнює швидкості звуку, <l> - середня довжина вільного пробігу фононів. Обмежене значення <l> є слідством розсіяння фононів на фононах, дефектах кристалічної будови. Температурна залежність теплопровідності визначається залежністю від температури c і <l>.

Механізм теплопровідності у напівпровідниках є більш складним, ніж у діелектриках, тому що в них є суттєвими і електронний внесок _е і фононний внесок _ф. Крім того, в напівпровідниках внесок в теплопровідність дають домішки і інші чинники.

Теплопровідність металів.

Теплопровідність металів визначається двома внесками: фононами і електронами. В загальному вигляді коефіцієнт теплопровідності для металів можна записати, як суму граткової фононної _ф і електронної _е складових:

 =_е +_ф (4)

При звичайних температурах для металів _е >> _ф. Наприклад, для 300 К повна теплопровідність Cu  = 400 Вт·м^-1·К^-1 , а граткова фононна _ф = 5 Вт·м^-1·К^-1, а для 10 К  = 18000 Вт·м^-1·К^-1 , а _ф = 12-35 Вт·м^-1·К^-1.

В Табл.. 1 наведено значення теплопровідності чистих металів для 273 К.

Таблиця 1

Метал	Al	Fe	Co	Ni	Pt	Cu	Ag	Au	Pb	Bi
, Вт·м-1·К-1	226	94	70	62	70	393	415	312	35	10

Теплопровідність в сплавах.

Домішки в сплавах подавлюють електронну компоненту теплопровідності, зменшуючи довжину вільного пробігу електронів, але слабо впливають на граткову компоненту. Ця компонента визначається головним чином фонон-фононною і електрон-фононною взаємодією. Тому граткову компоненту в повній теплопровідності для сплавів мажна визначити точніше, ніж в чистих металах. По-перше, тому, що в сплавах вона більша, по-друге, електронну складову теплопровідності в сплавах можна оцінити з більшрю точністю, використовуючи результати вимірювання електропровідності. Найпростіший спосіб визначення граткової компоненти чистого металу полягає в екстраполяції результатів вимірювання для сплавів різного складу до нульової концентрації домішок.

В ряду безперервних твердих розчинів теплопровідність знижується із збільшенням проценту легуючого елементу. Мінімум теплопровідності сплавів, як правило, відповідає 50 ат% , а її величина може бути в декілька разів нижче за теплопровідність компонентів. Приклад для сплаву золота з сріблом Ag-Au показано на Рис. 3.

При утворенні гетерогенних структур залежність теплопровідності від об’ємної концентрації майже лінійна.