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）。
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ρEとすると、エネルギー保存則と連続の方程式より、ρEとJには、
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，
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単位はであり，場合によって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。
単位体積当たりのエネルギーの増加率は単位体積あたりの熱容量CVを使って、
で表現される。以上から、
を得る。これは熱伝導方程式と言われ、拡散方程式の形をしている。λ / CV を熱拡散率（温度伝導率）と言う。（ここでCVは単位体積あたりの熱容量である。比熱容量は単位質量あたりの熱容量であるので、熱拡散率は熱伝導率を比熱容量と密度で除算した値を意味する）
一般に、金属（←熱伝導は主に伝導電子が担う）の熱伝導率λは、極低温を除いた温度域では温度Tに比例して大きくなる。絶縁体（←熱伝導は主にフォノンが担う）の熱伝導率は、極低温において温度Tの3乗に比例して大きくなる。ガラス（非晶質）などの熱伝導率は、極低温では温度Tの2乗に比例する。
一方、気体での熱伝導率は温度の上昇により大きくなるが、液体では逆に温度の上昇により熱伝導率は減少する。
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カテゴリ: 熱 | 熱力学 | 固体物理学 | 物理化学の現象
更新日時:2008年2月16日(土)08:46
取得日時:2008/07/02 10:21