Τι κάνει κάποια υλικά καλούς αγωγούς θερμότητας;
1. Δωρεάν ηλεκτρόνια:
* μέταλλα: Τα μέταλλα είναι εξαιρετικοί αγωγοί θερμότητας επειδή έχουν μια "θάλασσα" ελεύθερων ηλεκτρονίων που μπορούν εύκολα να κινηθούν σε όλο το υλικό. Όταν το ένα άκρο ενός μεταλλικού αντικειμένου θερμαίνεται, αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια απορροφούν τη θερμική ενέργεια και δονείται ταχύτερα. Αυτή η αυξημένη δόνηση μεταφέρεται στη συνέχεια σε γειτονικά ηλεκτρόνια μέσω συγκρούσεων, μεταφέροντας αποτελεσματικά τη θερμική ενέργεια σε όλο το μέταλλο.
2. Δονήσεις πλέγματος (φωνόνια):
* Όλα τα υλικά, συμπεριλαμβανομένων των μη μετάλλων: Όλα τα υλικά, ακόμη και τα μη μέταλλα, έχουν τα άτομα που έχουν διατεθεί σε δομή πλέγματος. Όταν ένα άκρο του υλικού θερμαίνεται, τα άτομα στο τέλος αυτό αρχίζουν να δονείται πιο έντονα. Αυτές οι δονήσεις ταξιδεύουν μέσω της δομής του πλέγματος ως κύματα γνωστά ως φωνόνια. Η αποτελεσματικότητα αυτής της διάδοσης φωνών εξαρτάται από τη δομή του υλικού και τη δύναμη των δεσμών μεταξύ των ατόμων.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμική αγωγιμότητα:
* Κρυσταλλική δομή: Τα υλικά με κανονική, διατεταγμένη κρυσταλλική δομή (όπως τα μέταλλα) τείνουν να είναι καλύτεροι αγωγοί από τα υλικά με μια διαταραγμένη δομή (όπως το γυαλί).
* δεσμός: Τα υλικά με ισχυρούς ομοιοπολικούς ή μεταλλικούς δεσμούς έχουν καλύτερη αγωγιμότητα θερμότητας.
* Θερμοκρασία: Η αγωγιμότητα θερμότητας γενικά μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.
* ακαθαρσίες: Οι ακαθαρσίες μπορούν να διαταράξουν τη δομή του πλέγματος και να μειώσουν την αγωγιμότητα της θερμότητας.
Παραδείγματα:
* καλοί αγωγοί: Χαλκός, ασήμι, αλουμίνιο, χρυσό, διαμάντι
* Κακοί αγωγοί (μονωτήρες): Ξύλο, πλαστικό, καουτσούκ, αέρας
Συνοπτικά, οι καλοί αγωγοί θερμότητας έχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια που μπορούν εύκολα να μεταφέρουν ενέργεια και τα άτομα τους είναι διατεταγμένα με τρόπο που διευκολύνει τη διάδοση των δονήσεων πλέγματος (Phonons).
