Lämmönjohtavuus

Lämmönjohtavuus (toisinaan myös lämmönjohtavuuskyky, tunnus λ) kuvaa, miten hyvin jokin materiaali johtaa lämpöä. Mitä suurempi lämmönjohtavuuslukema on, sitä paremmin lämpö johtuu. Lämmönjohtavuus ilmoittaa siirtyvän lämpötehon P poikkipinta-alaa A ja tiettyä materiaalissa vallitsevaa lämpötilagradienttia dT/dx kohti. SI-järjestelmän mukaisesti lämmönjohtavuudelle tulee yksiköksi watti / kelvin·metriä kohti eli W/(K·m). ^[1]

${\displaystyle \lambda ={\frac {P}{A\cdot ({\frac {dT}{dx}})}}}$

Materiaalille ominaisen lämmönjohtavuuden avulla voidaan laskea jonkin kappaleen (poikkipinta-ala A ja pituus l) lämpöresistanssi R_th:

${\displaystyle R_{th}={\frac {l}{\lambda \cdot A}}}$

Laskentaesimerkkejä liittyen piirilevyihin:

• Lämpöresistanssi 100 mm² kokoisen ja 1 mm paksun piirilevypalasen läpi pinnasta vastapuolen pintaan (FR-4)

100 mm² = 0,000100 m²

R_th = l / (λ·A) = 0,001 m / (0,5 W/(K·m)·0,000100m²) = 20 K/W

• Lämpöresistanssi 10 mm leveää ja 10 mm pitkää ja 1 mm paksua piirilevyn palasta pitkin reunasta vastakkaiseen reunaan (FR-4)

R_th = l / (λ·A) = 0,010 m / (0,5 W/(K·m)·0,010 m·0,001 m) = noin 2000 K/W

• Lämpöresistanssi 10 mm leveää ja 10 mm pitkää piirilevyn kuparifoliota pitkin reunasta vastakkaiseen reunaan (paksuus 0,035 mm)

R_th = l / (λ·A) = 0,010 m / (390 W/(K·m)·0,010 m·0,000035 m) = noin 73 K/W

Käytännössä näistä arvoista voi päätellä, että lämpö kulkee piirilevyissä kohtuullisesti lasikuidun läpi vastapuolelle, mutta piirilevyllä lämpö leviää lähinnä vain folioiden vaikutuksesta.

Toisinaan lämmönjohtavuudella tarkoitetaan myös lämpökonduktanssia, lämpöresistanssin käänteissuuretta, vaikka lämmönjohtavuus varsinaisesti on materiaalin ominaissuure.