基本介紹
- 中文名：固體的導熱性
- 所屬學科：物理學
介紹
當固體中存在溫度梯度時，熱量會從固體的高溫部分傳輸到低溫部分。傳輸的熱量d與沿傳輸方向的溫度梯度（假定沿方向）、傳輸的時間d及熱流通過的橫截面積d成正比,
固體的導熱性
負號表示熱量由高溫流向低溫，為熱導率，由材料本身的性質決定，單位為瓦/（米·攝氏度），用來量度它們的導熱能力。其倒數稱為熱阻係數。固體分為金屬、半導體、絕緣體三大類。金屬是電的良導體，也是熱的良導體，這是由於金屬的熱傳導和它的電導一樣，也是通過自由運動的電子來傳熱的。金屬的熱導率和電導率的比值是一個常數（見維德曼－夫蘭茲定律）。絕緣體中沒有自由運動的載流子，絕緣體的熱導率主要靠點陣振動的點陣波來傳熱。半導體則介於兩者之間，半導體的熱傳導可以通過載流子運動，也可以通過點陣波。 點陣波的導熱可看成聲子的傳輸，P.J.W.德拜採用與氣體分子運動論求熱導率相似的方法，提出聲子的熱導率為 式中是聲子的速度，с是單位體積聲子的熱容,是聲子的平均自由程。聲子的平均自由程主要由兩類過程決定，一類是別的聲子引起的散射，一類是由雜質、缺陷、晶粒間界和晶體表面等引起的散射。在簡諧近似下，不同的點陣波之間是相互獨立的，即沒有聲子和聲子的散射；只有考慮了點陣振動中的非諧相互作用才有聲子之間的散射。R.E.佩爾斯最先從這個角度研究了點陣波的熱導。他指出,除了散射前後波矢守恆的正規過程外,散射前後波矢相差一個倒易點陣矢量的倒逆過程對點陣熱導也有貢獻,甚至後者的貢獻是主要的(見正規過程和倒逆過程)。在溫度高於德拜溫度時,聲子平均自由程近似正比於,是絕對溫度。這個依賴關係可以通過和某一給定聲子發生相互作用的聲子數目來理解，因為在高溫下被激發聲子的總數正比於；而在較低溫度範圍內，能影響熱導的聲子數隨溫度下降而迅速下降，自由程會迅速增長。溫度與自由程的關係為：（為一常數）。低溫下，自由程主要由雜質、缺陷、晶粒間界、晶體表面等散射因素決定。圖1中給出了鍺樣品熱導率測量的結果。峰值右邊熱導率隨著溫度的下降而迅速上升，這個範圍自由程主要由點陣散射決定。在峰值左邊的更低溫度範圍內，由於雜質、缺陷等散射因素成為限制自由程的主要因素，所以熱導率隨溫度的下降而下降，而且對有不同種類或濃度的雜質、缺陷的樣品，熱導率的變化也有所不同。 固體的導熱性
固體的導熱性
圖1固體的導熱性
固體的導熱性
固體的導熱性
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