Thermische geleidbaarheid

De thermische geleidbaarheid of warmtegeleidingscoëfficiënt (symbool λ) is een materiaalconstante die aangeeft hoe goed het materiaal warmte geleidt, het wordt dan ook gebruikt bij de Wet van Fourier (warmteoverdracht door conductie).

De warmtegeleidingscoëfficiënt is afhankelijk van de temperatuur, dichtheid en het vochtgehalte. Hij wordt in het SI-stelsel uitgedrukt in W/m·K (de m staat hier voor meter).

Achtergrond

Thermische isolatoren hebben een lage waarde van λ, geleiders een hoge. Dit gaat ten dele gelijk op met de elektrische geleiding. Metalen hebben bijvoorbeeld zowel thermisch als elektrisch een hoge geleiding. Dit komt omdat zij inwendig een elektronengas bezitten dat zowel warmte als lading transporteren kan.

Ook de collectieve trillingswijzen van het materiaal, de fononen spelen een rol. Vooral een materiaal met sterke atoombindingen in alle richtingen en lichte atomen, zoals diamant geleidt warmte goed dankzij fononen. In een dergelijk materiaal zijn de trillingwijzen volledig over het hele kristal uitgespreid (gedelocaliseerd).

Omgekeerd is in materialen zoals aerogels de warmtegeleiding bar slecht. Deze stoffen hebben een fractale structuur. Hun trillingswijzen zijn daarom geen fononen maar fractonen. Dit soort trillingswijzen is van plaatselijke aard. De thermische energie (warmte) kan daarom niet zo gemakkelijk naar de buuratomen doorgegeven worden.

Tabel van materialen

Stof	Geleidbaarheid in W/m*K (bij 293 K tenzij anders vermeld, m = meter)
Metalen
aluminium	237
goud	310
ijzer	79
koper	390
lood	35
nikkel	92
platina	72
zilver	417
zink	116
staal	50
roestvast staal	16 - 27
brons	190
messing	122
gadolinium	10,6
Vast
diamant	165
grafiet	160
kwarts	0,22
ijs (269 K)	2,1
glas	0,8 - 0,9
hout	0,1 - 0,5
beton	0,2 - 20
keukenzout	0,045 - 0,06
papier	0,18
polyetheen (PE)	0,023 - 0,029
polystyreen (PS)	0,04
minerale wol	0,04
porselein	1,0 - 1,7
asbest	0,09
aerogel	ca 0,017
Vloeistof
water	0,60
kwik	10,4
melk	0,49
methanol	0,21
aceton	0,16
chloroform	0,12
Gas (bij 273 K)
lucht	0,024
waterdamp	0,016
aardgas (Gronings)	0,029
zuurstof	0,025
stikstof	0,024
waterstof	0,174
helium	0,144
neon	0,046
argon	0,016
krypton	0,0095
chloor	0,0076

Warmteisolatoren

Stoffen die een zeer slechte warmtegeleiding hebben heten (warmte)isolatoren. Stilstaande lucht is een erg goede isolator, vandaar dat het vaak als isolatie gebruikt wordt (in een spouwmuur, in gaatjes van een wollen trui, in glaswol, enzovoorts). Kan lucht echter stromen, dan zal de warmte veel sneller doorgegeven worden door convectie. Schuimen zijn dan ook goede isolatoren, mits zij een gesloten celstructuur hebben. Zij bevatten dan een stationair gas. De mate van isolatie hangt af van het soort gas.

Temperatuursafhankelijkheid

De thermische geleidbaarheid is een functie van de temperatuur; vaak wordt dat verband lineair benaderd (onder de Debye-temperatuur geldt echter een andere afhankelijkheid):

$k= k_0 (1 + a T) \!$

hierin is:

• k₀ de geleidbaarheid bij nul graden Celsius
• a een constante afhankelijk van het materiaal
• T de temperatuur (in graden Celsius)

a is positief voor isolatoren, en negatief voor geleiders; dus bij stijgende temperatuur verliest een isolator van zijn isolerende kracht, en een geleider van zijn geleidende kracht.

Analogie met elektriciteit

Er wordt getwijfeld aan de juistheid van een of meer onderdelen van dit artikel. Raadpleeg de bijbehorende overlegpagina voor meer informatie, en pas na controle desgewenst het artikel aan. Opgegeven reden: In het Bouwbesluit oa Artikel 5.2 en bouwfysische literatuur van TU Delft wordt de warmteweerstand als R uitgedrukt in m²·K/W. TU Delft reserveert k voor de warmtedoorgangscoefficient, met de eenheid W/m²·K. Dit sjabloon is geplaatst op 29 augustus 2010.

We definiëren de thermische weerstand door conductie van een plaat materiaal als $R=\frac{L}{k A}$ , met L de dikte van de plaat, k de thermische conductie van die plaat, en A het oppervlak ervan.

Er gelden dan sterke analogieën met elektrische stroom, zie thermische weerstand.

Externe links

• Uitgebreide lijst met waarden

Referenties