varmeledning

Varmeledning, varmekonduktion, proces, som bevirker, at der i et materiale eller et legeme spontant overføres varme fra et område med højere temperatur til et andet med lavere temperatur. Er legemet en tynd plade af et enkelt materiale, er den overførte varmeeffekt bestemt af Fouriers lov, der kan skrives dQ/dt = −λA∙dT/dx, hvor dQ er den varme, som inden for tidsrummet dt strømmer gennem arealet A af pladen med tykkelse dx ved en temperaturforskel dT. Konstanten λ er materialets varmeledningsevne eller varmekonduktivitet med enheden W/m∙K (teknisk betegnes λ varmeledningstallet eller lambdaværdien).

Varmeledningsevnen afhænger stærkt af temperaturen og af materialets art. Den er stor for metaller, hvor varmen især overføres som kinetisk energi af frie elektroner og (ved rumtemperatur) kun i ubetydelig grad ved gittersvingninger. Da såvel varme som elektrisk strøm transporteres af frie elektroner, er det ikke overraskende, at der er en forbindelse mellem varmeledningsevnen λ og den elektriske konduktivitet γ. Forbindelsen er udtrykt i Wiedemann-Franz-Lorenz' lov, der har formen λ/(γT) = L, hvor T er den absolutte temperatur, og L, Lorenz-tallet, er en konstant.

Et ikke-ledende fast stof (isolator) vil normalt have så få frie elektroner, at de ikke bidrager kendeligt til varmeledningen. De vigtigste energibærere bliver derfor gittersvingninger (fononer). I almindelighed er varmeledningsevnen af en isolator dog væsentlig mindre end af et metal. I en halvleder kan elektroner og fononer bidrage omtrent ligeligt til varmetransporten.

Hvis to områder af en gas eller en væske i hvile har forskellig temperatur, vil kollisioner mellem molekyler med høj kinetisk energi og molekyler med lavere kinetisk energi efterhånden omfordele energien og skabe ens temperatur gennem hele mediet. Af den kinetiske gasteori følger, at der er en forbindelse mellem mediets viskositet η og dets varmeledningsevne λ, idet λ = αηC_V/M, hvor C_V er den molære varmekapacitet ved konstant volumen, og M molekylmassen. Konstanten α er for en gas af hårde kugler beregnet til 2,5. Denne bemærkelsesværdigt simple relation stemmer godt overens med eksperimenter og vakte i sin tid tillid til den kinetiske gasteori. Se også varmeisolering.