Sähkö vs lämmönjohtavuus
Lämmönjohtavuus ja sähkönjohtavuus ovat kaksi erittäin tärkeää aineen fysikaalista ominaisuutta. Materiaalin lämmönjohtavuus kuvaa sitä, kuinka nopeasti materiaali voi johtaa lämpöenergiaa. Materiaalin sähkönjohtavuus kuvaa sähkövirtaa, joka syntyy tietyn potentiaalieron seurauksena. Nämä molemmat ominaisuudet ovat hyvin karakterisoituja ja niillä on v altava määrä sovelluksia sellaisilla aloilla kuin sähköntuotanto ja -siirto, sähkötekniikka, elektroniikka, termodynamiikka ja lämpö sekä monilla muilla aloilla. Tässä artikkelissa keskustelemme siitä, mitä lämmönjohtavuus ja sähkönjohtavuus ovat, niiden määritelmät, lämmönjohtavuuden ja sähkönjohtavuuden yhtäläisyydet, niiden sovellukset ja lopuksi lämmönjohtavuuden ja sähkönjohtavuuden ero.
Sähkönjohtavuus
Komponentin vastus riippuu useista parametreista. Johtimen pituus, johtimen pinta-ala ja johtimen materiaali ovat muutamia mainittavia. Materiaalin johtavuus voidaan määritellä materiaalista tehdyn yksikkömitat omaavan kappaleen johtavuudeksi. Materiaalin johtavuus on käänteisvastus. Johtavuus on yleensä merkitty kreikkalaisella kirjaimella σ. Johtavuuden SI-yksikkö on siemens per metri. On huomattava, että johtavuus on nimenomaan materiaalin ominaisuus tietyssä lämpötilassa. Johtavuus tunnetaan myös ominaisjohtavuutena. Komponentin johtavuus on yhtä suuri kuin materiaalin johtavuus kerrottuna materiaalin pinta-alalla jaettuna materiaalin pituudella. Sähköä johtaessaan materiaalin sisällä olevat elektronit siirtyvät korkeammasta potentiaalista pienempään potentiaaliin. Komponentin konduktanssi voidaan määritellä myös jännite-eroyksikköä kohti muodostuvaksi virraksi. Johtavuus on kohteen ominaisuus, kun taas sähkönjohtavuus on materiaalin ominaisuus.
Lämmönjohtavuus
Lämmönjohtavuus on materiaalin kyky johtaa lämpöenergiaa. Lämmönjohtavuus on materiaalin ominaisuus. Lämmönjohtavuus on kohteen ominaisuus. Lämmönjohtavuuden tärkein laki on lämmönvirtausyhtälö. Tämä yhtälö ilmoittaa, että lämmön virtausnopeus tietyn kohteen läpi on verrannollinen kohteen poikkileikkauksen pinta-alaan ja lämpötilagradienttiin. Matemaattisessa muodossa tämä voidaan kirjoittaa muodossa dH/dt=kA(∆T)/l, missä k on lämmönjohtavuus, A on poikkipinta-ala, ∆T on kahden pään välinen lämpötilaero ja l on pituus esineestä. ∆T/l voidaan kutsua lämpötilagradientiksi. Lämmönjohtavuus mitataan watteina kelviniä kohti metriä kohti.
Mitä eroa on lämmönjohtavuudella ja sähkönjohtavuudella?
• Lämmönjohtamisessa lämpö siirtyy materiaalin sisällä olevien atomien värähtelyn kautta. Sähkönjohtamisessa elektronit itse liikkuvat muodostaakseen virran.
• Suurin osa lämmönjohtimista on hyviä sähköjohtimia. Sekä lämmönjohtavuus että sähkönjohtavuus riippuvat materiaalista.
• Lämmönjohtavuudessa siirtyy energiaa, mutta sähkönjohtavuudessa elektroneja.
