ТЕПЛОПРОВО́ДНОСТЬ

ТЕПЛОПРОВО́ДНОСТЬ, пе­ре­нос те­п­ло­ты от бо­лее на­гре­тых час­тей те­ла к ме­нее на­гре­тым, при ко­то­ром про­ис­хо­дит пря­мая пе­ре­да­ча энер­гии от час­тиц те­ла (мо­ле­кул и др.), об­ла­даю­щих боль­шей энер­ги­ей, час­ти­цам с мень­шей энер­ги­ей. Один из ви­дов пе­ре­но­са яв­ле­ний. Т. при­во­дит к вы­рав­ни­ва­нию темп-ры раз­ных час­тей те­ла. Ес­ли от­но­сит. из­ме­не­ние темп-ры на рас­стоя­нии ср. дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га l час­тиц ма­ло́, то вы­пол­ня­ет­ся осн. за­кон Т. (за­кон Фу­рье), со­глас­но ко­то­ро­му плот­ность те­п­ло­во­го по­то­ка q про­пор­цио­наль­на гра­ди­ен­ту темп-ры Т: q=–ϰ grad Т, где ϰ – те­п­ло­про­вод­но­сти ко­эф­фи­ци­ент, за­ви­ся­щий от аг­ре­гат­но­го со­стоя­ния ве­ще­ст­ва, его атом­но-мо­ле­ку­ляр­но­го строе­ния, хи­мич. со­ста­ва, дав­ле­ния, темп-ры и др. Про­цесс Т. в сплош­ной сре­де (в га­зах, жид­ко­стях, твёр­дых те­лах) опи­сы­ва­ет­ся те­п­ло­про­вод­но­сти урав­не­ни­ем.

Для га­зов ϰ=¹/₃ ρc_Vvl, где ρ – плот­ность га­за, c_V – удель­ная те­п­ло­ём­кость га­за при по­сто­ян­ном объ­ё­ме, v – ср. зна­че­ние ско­ро­сти мо­ле­кул. От­кло­не­ния от за­ко­на Фу­рье воз­ни­ка­ют при очень боль­ших гра­ди­ен­тах тем­пе­ра­тур (напр., в удар­ных вол­нах), а так­же при сверх­вы­со­ких темп-рах по­ряд­ка 10⁴–10⁵ К, ко­гда пе­ре­нос энер­гии в га­зах про­ис­хо­дит в осн. за счёт те­п­ло­во­го из­лу­че­ния (лу­чи­стый теплообмен).

В жид­ко­стях ср. рас­стоя­ние ме­ж­ду час­ти­ца­ми срав­ни­мо с раз­ме­ра­ми час­тиц и их ср. ки­не­тич. энер­гия срав­ни­ма со ср. по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей меж­атом­но­го (меж­мо­ле­ку­ляр­но­го) взаи­мо­дей­ст­вия, что рез­ко ус­ко­ря­ет про­цесс Т. Ко­эф. Т. жид­ко­стей убы­ва­ет с рос­том Т и сла­бо воз­рас­та­ет с рос­том дав­ле­ния р (в ок­ре­ст­но­сти кри­ти­че­ской точ­ки жид­ко­сти ко­эф. Т. рез­ко воз­рас­та­ет).

Для твёр­дых тел за­ви­си­мость ϰ от р прак­ти­че­ски ли­ней­на, а от Т – оп­ре­де­ля­ет­ся кон­крет­ной фи­зич. при­ро­дой этих тел. В ди­элек­три­ках Т. осу­ще­ст­в­ля­ют фо­но­ны. В ме­тал­лах Т. оп­ре­де­ля­ет­ся не толь­ко фо­но­на­ми, но и элек­тро­на­ми про­во­ди­мо­сти, при­чём при ком­нат­ной темп-ре ве­ли­чи­на ϰ для элек­тро­нов зна­чи­тель­но пре­вос­хо­дит ве­ли­чи­ну ϰ для фо­но­нов. Пол­ное зна­че­ние ϰ в ме­тал­лах про­пор­цио­наль­но удель­ной элек­тро­про­вод­но­сти (Ви­де­ма­на – Фран­ца за­кон). В по­лу­про­вод­ни­ках вкла­ды в Т. фо­но­нов и элек­тро­нов име­ют срав­ни­мые зна­че­ния; кро­ме то­го, на Т. влия­ет на­ли­чие при­ме­сей, эк­си­то­нов и про­цес­сов би­по­ляр­ной диф­фу­зии.

В плаз­ме пе­ре­нос те­п­ло­ты свя­зан с хао­тич. дви­же­ни­ем час­тиц (элек­тро­нов, ио­нов, ней­траль­ных ато­мов). Боль­шая раз­ни­ца в мас­сах час­тиц при­во­дит к мед­лен­ной ре­лак­са­ции энер­гии ме­ж­ду ни­ми, по­это­му при Т. в час­тич­но ио­ни­зо­ван­ной плаз­ме про­ис­хо­дит вы­рав­ни­ва­ние темп-ры не плаз­мы в це­лом, а тем­пе­ра­тур её элек­трон­ной и ион­ной ком­по­нент (см. Элек­трон­ная тем­пе­ра­ту­ра, Ион­ная тем­пе­ра­ту­ра). При ра­вен­ст­ве тем­пе­ра­тур ком­по­нент в пол­но­стью ио­ни­зо­ван­ной плаз­ме Т. обу­слов­ле­на в осн. элек­трон­ной ком­по­нен­той. Су­ще­ст­вен­ное влия­ние на Т. в плаз­ме ока­зы­ва­ет маг­нит­ное по­ле; при его от­сут­ст­вии ко­эф. Т. для ка­ж­дой ком­по­нен­ты мож­но най­ти по­сред­ст­вом ки­не­ти­че­ской тео­рии га­зов. На­ло­же­ние маг­нит­но­го по­ля сдер­жи­ва­ет дви­же­ние за­ря­жен­ных час­тиц по­пе­рёк по­ля и сни­жа­ет Т. плаз­мы (эф­фект ле­жит в ос­но­ве маг­нит­ной тер­мо­изо­ля­ции плаз­мы).