熱伝導

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

熱伝導（ねつでんどう, Conduction of heat, Thermal conduction）は、物質の移動を伴わずに高温側から低温側へ熱が伝わる（移動する）こと。熱伝導は、フォノン及び伝導電子が担う。特に、金属においては、伝導電子が熱伝導の主要な担い手である。通常の物質では伝導電子による寄与の方が大きいので、金属は半導体や絶縁体（フォノンが主要な熱伝導の担い手）よりも熱伝導性が良い。しかし、非常に硬いダイヤモンドではフォノン（格子振動）を介した熱伝導性の寄与の方が非常に大きくなる。

ヘリウムが超流動状態になると熱伝導性が非常に高くなる（超流動の項を参照）。

[編集] 熱伝導率

単位時間に単位面積を流れる熱流（熱流束密度）を J とし、エネルギー密度をρ_Eとすると、エネルギー保存則と連続の方程式より、ρ_EとJには、

${\partial \rho_E \over {\partial t}} = -\rm{div} \mathbf{J}$

の関係が成り立つ（tは時間）。更に、Jは、温度をTとして、分子論的熱緩和時間より十分長い時間（定常状態と見なせる時間）領域での現象に対して，

$\mathbf{J} \,= - \lambda \rm{grad} T$

で表される。これはフーリエの法則と言われる． $gradT$ は温度の勾配で、熱流束密度Jは温度の勾配に比例する。この時の比例係数λを熱伝導率(Thermal conductivity)という。熱伝導率は熱伝導度ということもあり、そのSI単位は $\rm{W/(m \cdot K)}$ であり，場合によって $\rm{W/(cm \cdot K)}$ が使われこともある。また、熱伝導率の逆数、1/λを熱抵抗率という。
３次元系での熱伝導率はテンソルで表現される。