熱伝導率

熱伝導率 thermal conductivity
量記号	λ, k
次元	L M T -3 Θ -1
SI単位	W/(m K)

熱伝導率（ねつでんどうりつ、英語: thermal conductivity）とは、熱伝導度ともいい、熱伝導において、熱流束密度（単位時間に単位面積を通過する熱エネルギー）を温度勾配で割った物理量。SI単位はワット パー メートル ケルビン W/(m・K)、W・m^-1・K^-1であり、W/(cm・K)、W/(m・K)、W・cm^-1・K^-1も使われる。記号にはλ、k がよく用いられる。

熱伝導率は媒質中により温度勾配がある場合にその勾配に沿って運ばれる熱流束の大きさを規定する量であり、熱流束密度をJ 、温度をT 、温度勾配を grad T とすると、熱伝導率λとの関係は次のフーリエの法則で表される。

$\boldsymbol{J} = - \lambda \operatorname{\bold{grad}} T$

一般に、固体金属の熱伝導率は高く、その他の固体、液体、気体の順に低くなる。固体金属が高い理由としては、

1. 結晶格子間を伝わる振動としてのエネルギー伝達
2. 自由電子に基づくエネルギー伝達

の2つの機構があるものと考えられており、電気の良導体は熱の良導体でもある（ヴィーデマン＝フランツ則）。

一般的な材料の室温付近での熱伝導率

(単位: W・m^-1・K^-1)

• カーボンナノチューブ（C） 3000～5500
• ダイヤモンド（C） 1000～2000
• 銀（Ag） 420
• 銅（Cu） 398
• 金（Au） 320
• アルミニウム（Al） 236
• シリコン（Si） 168
• 真鍮 106
• ニッケル 90.9
• 鉄（Fe） 84
• 白金（Pt） 70
• ステンレス鋼 16.7 ～ 20.9
• 水晶（SiO₂） 8
• ガラス 1
• 水（H₂O） 0.6
• ポリエチレン 0.41
• エポキシ樹脂（"bisphenol A"） 0.21
• シリコーン（Qゴム） 0.16
• 木材 0.15 ～ 0.25
• 羊毛 0.05
• 発泡ポリスチレン（"Styrofoam"） 0.03
• 空気 0.0241

理科年表　第84冊　物54(410)

熱伝導率測定

• レーザーフラッシュ法
  • 熱拡散率と比熱容量を測定し、別に求めた密度と合わせて熱伝導率を計算する(比熱容量も別に測定することがある)。均一材料の温度の過渡応答を測定理論に用いているため、複数の材料が接続している場合の測定には向かない。
• 定常熱流法・平板熱流計法
  • 温度差及び熱流束から熱伝導率を直接測定する。土壌の熱伝導率測定などにも使われる。
• 熱線法
  • 熱線(ヒーター線)の発熱量と温度上昇量から、熱伝導率を直接測定する。

関連項目

• 熱伝導
• ウィーデマン＝フランツ則
• 熱抵抗率 - 熱伝導率の逆数
• 熱拡散率 - 温度勾配により運ばれる温度（熱エネルギー）の拡散係数
• 熱拡散係数 - 混合物に温度勾配がある場合に，熱拡散により濃度勾配が生じる時の大きさを規定する物理量
• 熱伝達係数 - 物質間の熱の伝わり易さを表す値