title: Thermische geleidbaarheid
text: De thermische geleidbaarheid, thermische conductie of warmtegeleidingscoëfficiënt (symbool ) is een materiaalconstante die aangeeft hoe goed het materiaal warmte geleidt. De grootheid wordt onder meer gebruikt wordt in de wet van Fourier (warmteoverdracht door geleiding). Een materiaal met een lagere waarde van de warmtegeleidingscoëfficiënt is een betere isolator. 
  
  De warmtegeleidingscoëfficiënt is een verhouding die als volgt bepaald wordt: 
   
  
  Hierin is 
   het doorgelaten vermogen [W], 
   de dikte van het materiaal [m],
   de oppervlakte van het materiaal [m²],
   het temperatuurverschil waarover de geleiding plaats vindt [K].
  De eenheid is in het SI-stelsel W/(m·K). 
  Het door het materiaal doorgelaten thermisch vermogen P kan als de warmtegeleidingscoëfficiënt  bekend is als volgt bepaald worden:
  
  Een dikker laag materiaal houdt de warmte dus beter tegen dan een dunnere laag, bij dezelfde waarde van de warmtegeleidingscoëfficiënt.
  
  Achtergrond 
  Thermische isolatoren hebben een lage waarde van , warmtegeleiders hebben een hoge waarde. Dit gaat ten dele gelijk op met de elektrische geleiding. Metalen hebben bijvoorbeeld zowel thermisch als elektrisch een hoge geleiding. Dit komt doordat zij inwendig een elektronenwolk bezitten die zowel warmte als elektrische lading transporteren kan.
  
  Ook de collectieve trillingswijzen van het materiaal, de fononen spelen een rol. Vooral een materiaal met sterke atoombindingen in alle richtingen en lichte atomen, zoals diamant, geleidt warmte goed dankzij fononen. In een dergelijk materiaal zijn de trillingswijzen volledig over het hele kristal uitgespreid (gedelocaliseerd).
  
  Omgekeerd is de warmtegeleiding slecht in materialen zoals aerogels. Deze stoffen hebben een fractale structuur. Hun trillingswijzen zijn daarom geen fononen maar fractonen. Dit soort trillingswijzen is van plaatselijke aard. De thermische energie (warmte) kan daarom niet zo gemakkelijk naar de buuratomen doorgegeven worden.
  
  Tabel van materialen 
  {| class="wikitable"
  ! Stof !! Warmtegeleidingscoëfficiënt (lambda) in W/(m·K) (bij 293 K tenzij anders vermeld)
  |-
  ! colspan="2" | Metalen
  |-
  | zilver || 417
  |-
  | koper || 401
  |-
  | goud || 317
  |-
  | aluminium || 237
  |-
  | brons || 190
  |-
  | messing || 122
  |-
  | zink || 116
  |-
  | nikkel || 92
  |-
  | ijzer || 79
  |-
  | platina || 72
  |-
  | staal || 50
  |-
  | lood || 35
  |-
  | roestvast staal || 15 - 27
  |-
  | gadolinium || 10,6
  |-
  | kwik || 10,4
  |-
  ! colspan="2" | Vaste stoffen
  |-
  | diamant || 900 - 2.320
  |-
  | grafiet || 160
  |-
  | ijs (269 K) || 2,1
  |-
  | porselein || 1,0 - 1,7
  |-
  | glas || 0,8 - 0,9
  |-
  | beton || 0,2 - 20
  |-
  | schuimbeton || 0,09
  |-
  | hout || 0,1 - 0,5
  |-
  | polyetheen (PE) || 0,23 - 0,29
  |-
  | kwarts || 0,22
  |-
  | plexiglas || 0,19
  |-
  | papier || 0,18
  |-
  | asbest || 0,09
  |-
  | keukenzout || 0,045 - 0,06
  |-
  | polystyreen (PS) || 0,04
  |-
  | minerale wol || 0,04
  |-
  | polyisocyanuraat (PIR) || 0,019 – 0,026
  |-
  | resolhardschuim || ca. 0,021
  |-
  | aerogel || ca. 0,017
  |-
  ! colspan="2" | Specifieke isolatieschuimmaterialen
  |-
  | EPS - Geëxpandeerd polystyreen|| 0,030 - 0,040
  |-
  | XPS - Geëxtrudeerd polystyreenschuim|| 0,027
  |-
  | UF - Ureumformaldehydeschuim|| 0,026 - 0,054
  |-
  | PUR - Polyurethaanschuim|| 0,019 - 0,035
  |-
  | PIR - Polyisocyanuraatschuim|| 0,0260
  |-
  | PF - Fenolformaldehydeschuim|| 0,018
  |-
  ! colspan="2" | Vloeistoffen
  |-
  | water || 0,60
  |-
  | melk || 0,49
  |-
  | methanol || 0,21
  |-
  | aceton || 0,16
  |-
  | chloroform || 0,12
  |-
  ! colspan="2" | Gassen (bij 273 K)
  |-
  | waterstof || 0,174
  |-
  | helium || 0,144
  |-
  | neon || 0,046
  |-
  | aardgas (Gronings) || 0,029
  |-
  | zuurstof || 0,025
  |-
  | stikstof || 0,024
  |-
  | lucht || 0,024
  |-
  | waterdamp || 0,016
  |-
  | argon || 0,016
  |-
  | krypton || 0,0095
  |-
  | chloor || 0,0076
  |}
  
  Warmte-isolatoren 
  
  Stoffen die een zeer slechte warmtegeleiding hebben heten (warmte)isolatoren. Stilstaande lucht is een  goede isolator, vandaar dat het voorheen vaak als enige werd gebruikt in een spouwmuur. Dat een wollen trui of glaswol goed isoleert, komt ook door de isolatie van stilstaande lucht. Kan lucht echter stromen, dan zal de warmte veel sneller doorgegeven worden door convectie. Schuimen zijn dan ook goede isolatoren, mits zij een gesloten celstructuur hebben. Zij bevatten dan een stationair gas. De mate van isolatie hangt af van het soort gas.
  
  Temperatuursafhankelijkheid 
  De thermische geleidbaarheid is een functie van de temperatuur; vaak wordt dat verband lineair benaderd (onder de debye-temperatuur geldt echter een andere afhankelijkheid):
  
  hierin is:
    de geleidbaarheid bij nul graden Celsius
    een constante afhankelijk van het materiaal
    de temperatuur (in graden Celsius)
  
  De constante  is positief voor isolatoren, en negatief voor geleiders. Bij stijgende temperatuur vermindert van veel isolatoren het isolerend vermogen, en van geleiders het geleidende vermogen.
  
  Analogie met elektriciteit 
  We bepalen de thermische weerstand door de dikte van een plaat te delen door de geleidbaarheid (conductie) van het materiaal;
  
  met
   in m2K/W
   de dikte in m van de plaat
   de thermische conductie in W/m·K van die plaat.
  
  Als we nu het oppervlak van de plaat delen door de weerstand, krijgen we het vermogen in watt dat per graad temperatuurverschil door de plaat zal gaan.
   in [W/K]
  
  Dit kan natuurlijk ook direct:
  
  Er gelden dan sterke analogieën met elektrische stroom, zie thermische weerstand.
  
  Zie ook
   Warmteoverdrachtscoëfficiënt
   Warmtedoorgangscoëfficiënt
  
  Thermodynamica
  Fysische transportverschijnselen
  Grootheid
  Materiaaleigenschap