Теплопровідність, один з видів перенесення теплоти (енергії теплового руху мікрочасток) від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітим, що приводить до вирівнювання температури. При Т. перенесення енергії в телі здійснюється в результаті безпосередньої передачі енергії від часток (молекул, атомів, електронів), що володіють більшою енергією, часткам з меншою енергією. Якщо відносна зміна температури Т на відстані середньою довжини вільного пробігу часток l мало, то виконується основний закон Т. (закон Фур'є): щільність теплового потоку q пропорційна градієнту температури grad T, тобто

, (1)

де l — коефіцієнт Т., або просто Т., не залежить від grad T [l залежить від агрегатного стану речовини (див. таблиці. ), його атомно-молекулярної будови, температури і тиску, складу (в разі суміші або розчину) і т. д.].

Значення коефіцієнта теплопровідності l для деяких газів, рідин і твердих тіл при атмосферному тиску

  Відхилення від закону Фур'є можуть з'явитися при дуже великих значеннях grad T (наприклад, в сильних ударних хвилях ) , при низьких температурах (для рідкого гелію Не II) і при високих температурах порядка десятки і сотні тисяч градусів, коли в газах перенесення енергії здійснюється не лише в результаті міжатомних зіткнень, але в основному за рахунок випромінювання (промениста Т.). У розріджених газах, коли l порівнянно з відстанню L між стінками, що обмежують об'єм газу, молекули частіше стикаються із стінками, чим між собою. При цьому порушується умова застосовності закону Фур'є і само поняття локальної температури газу втрачає сенс. В цьому випадку розглядають не процес Т. в газі, а теплообмін між тілами, що знаходяться в газовому середовищі. Процес перенесення теплоти —Т. — в суцільному середовищі описується теплопровідності рівнянням .

  Для ідеального газу, що складається з твердих сферичних молекул діаметром d, згідно кінетичній теорії газів, справедливо наступне вираження для \ (при ):

, (2)

де r — щільність газу, з _v — теплоємність одиниці маси газу при постійному об'ємі V,  — середня швидкість руху молекул. Оскільки J пропорційна 1 /р, а r ~ р ( р — тиск газу), то Т. такого газу не залежить від тиску. Крім того, коефіцієнт Т. l і в'язкість m зв'язані співвідношенням: . В разі газу, що складається з багатоатомних молекул, істотний вклад в l дають внутрішні міри свободи молекул, що враховує співвідношення:

 ,

де g = ср/c _v , ср — теплоємність при постійному тиску. У реальних газах коефіцієнт Т. — досить складна функція температури і тиску, причому із зростанням Т і р значення l зростає. Для газових сумішей l може бути як більше, так і менше коефіцієнта Т. компонентів суміші, тобто Т. — нелінійна функція складу.

В щільних газах і рідинах середня відстань між молекулами порівнянно з розмірами самих молекул, а кінетична енергія руху молекул того ж порядку, що і потенційна енергія міжмолекулярної взаємодії. У зв'язку з цим перенесення енергії зіткненнями відбувається значно інтенсивніше, ніж в розріджених газах, і швидкість передачі енергії молекул від гарячих ізотермічних шарів рідини до холоднішим близька до швидкості поширення малих обурень тиску, рівної швидкості звуку, тобто , де u _s  — швидкість звуку в рідині,   — середня відстань між молекулами. Ця формула краще всього виконується для одноатомних рідин. Як правило, l рідин убуває із зростанням Т і слабо зростає із зростанням р. Т. твердих тіл має різну природу залежно від типа твердого тіла. У діелектриках, вільних електричних зарядів, що не мають, перенесення енергії теплового руху здійснюється фононами — квазічастинками, квантами пружних коливань атомів кристала (див. Коливання кристалічної решітки, Квазічастинки ) . В твердих діелектриків , де з — теплоємність діелектрика, співпадаюча з теплоємністю газу фононів,  — середня швидкість руху фононів, приблизно рівна швидкості звуку,  — середня довжина вільного пробігу фононів. Існування певного кінцевого значення l — слідство розсіяння фононів на фононах, на дефектах кристалічної решітки (зокрема, на кордонах кристалітів і на кордоні зразка). Температурна залежність л. визначається залежністю від температури з і l . При високих температурах ( T >> Q _D , де Q _D — Дебая температура ) головним механізмом, що обмежує l , служить фононне для фонона розсіяння, пов'язане з ангармонізмом коливань атомів кристала. фононний для фонона механізм теплоопору (1/l — коефіцієнт теплоопору) можливий лише завдяки процесам перекидання (див. Тверде тіло ) , в результаті яких відбувається гальмування потоку фононів. Чим Т вище, тим з більшою вірогідністю здійснюються процеси перекидання, а l зменшується: при T >> Q _D l ~ 1 /t і, отже, l ~ 1/ T , оскільки з в цих умовах слабо залежить від Т . Із зменшенням Т (при T << Q _D ) довжина вільного пробігу, визначувана фононним для фонона розсіянням, різко зростає () і, як правило, обмежується розмірами зразка ( R ) . Теплоємність при T << Q _D убуває ~ Т ³ завдяки чому l при пониженні температури проходить через максимум. Температура, при якій l має максимум, визначається з рівності l ( T ) » R.

  Т . металів визначається рухом і взаємодією носіїв струму — електронів провідності. У загальному випадку для металу коефіцієнт Т. дорівнює сумі гратчастою фононною l _реш і електронною l _е складових: l = l _е + l _реш , причому при звичайних температурах, як правило, l _е ³ l _реш . В процесі теплопровідності кожен електрон переносить за наявності градієнта температури енергію kt, завдяки чому відношення електронної частини коефіцієнта Т. l _е , до електричної провідності s в широкому інтервалі температур пропорційно температурі ( Відемана — Франца закон ) :

, (3)

де до — Больцмана постійна, е — заряд електрона. У зв'язку з тим, що у більшості металів l _реш £ l _е , в законі Відемана — Франца можна з хорошою точністю замінити l _е на l . Виявлені відхилення від рівності (3) знайшли своє пояснення в непружності зіткнень електронів. В напівметалів Bi і Sb l _реш порівнянна з l _е , що пов'язане у них з крихтою числа вільних електронів.

  Явище перенесення теплоти в напівпровідниках складніше, ніж в діелектриках і металах, по-перше, у зв'язку з тим, що для них істотні обидві складові Т. ( l _е і l _реш ), а, по-друге, у зв'язку із значним впливом на коефіцієнт Т. домішок, процесів біполярної дифузії, перенесення екситонів і ін. чинників.

  Вплив тиску на l твердих тіл з хорошою точністю виражається лінійною залежністю l від р, причому в багатьох металів і мінералів l зростає із зростанням р.

  Літ.: Ликов А. Ст, Теорія теплопровідності, М., 1967; Рейф Ф., Статистична фізика, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1972 (Берклєєвський курс фізики, т. 5); Робертс Дж., Теплота і термодинаміка, пер.(переведення) з англ.(англійський), М-кодом.—Л., 1950; Гиршфельдер Дж., Кертісс Ч., Берд Р., Молекулярна теорія газів і рідин, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1961; 3айман Дж., Принципи теорії твердого тіла, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966; Киттель Ч., Елементарна фізика твердого тіла, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965; Зельдовіч Я. Б., Райзер Ю. П., Фізика ударних хвиль і високотемпературних гідродинамічних явищ, 2 видавництва, М., 1966.

  С. П. Малишенко.