熱伝導率と音速の関係

教科書に音速が大きいほど熱伝導率は大きくなる
と書いてありました．

これは何が主に影響しているのでしょうか．

よろしくお願いします．

No.3 ベストアンサー 回答者： ht1914 回答日時： 2007/04/24 19:59

＃２です。

　

理科年表に載っている液体と気体を調べました。
分子の構造や質量も関係してくると思いますので細かい違いまでは無理なようです。
液体　　　　　　　音速　　　　熱伝導率
　グリセリン　　１９８６　　０．２９２
　エタノール　　１２０７　　０．１５０
　四塩化炭素　　　９３０　　０．１０２
　これだけを見ると上手くいっているようですが
　ベンゼン　　　１２９５　　０．１３７
　これはエタノールと食い違います。

気体
　ヘリウム（４）　　　　９７０　　　１４．２２
　メタン（１６）　　　　４３０　　　　３．０２　　　
　アンモニア（１７）　　４１５　　　　２．１８　　　　
　空気　（２９）　　　　３３１　　　　２．１３
　アルゴン（４０）　　　３１９　　　　１．６３
　この順番は分子量の順番と一致しています。

固体はまだ調べていません。
硬いものは音速が大きくて熱伝導も良いというのは定性的なものかもしれませんが言われていることです。これからダイヤモンドは熱伝導性に優れているということが予測できます。ダイヤモンドの薄膜の合成はＩＣの基盤の用途が考えられていると聞きました。放熱性能がガラス基盤などに比べて格段にいいからです。

繰り返しますが金属は熱伝導の仕組みが異なりますので別に考える必要があります。

物質を結合で金属、イオン結晶、分子性結晶、共有結合性結晶の４つに分けるというのは高校化学で学習する基本項目です。種々の物性的な性質はこの結合の違いにより大きく異なります。

＃１で参考に挙げられているＵＲＬでは金属の結合が共有結合であるとしています。そういうレベルで金属の熱伝導の仕組みを説明するということは無理な話です。高校のレベルを超えていることを高校のレベル以下の言葉で説明しようとしているのですから。

この回答へのお礼

詳しくありがとうございました．
液体・気体・非金属の固体では多くの場合に成り立っているのですね．

お礼日時：2007/05/08 17:20

No.2 回答者： ht1914 回答日時： 2007/04/24 18:32

多分成り立っていると思います。

熱を伝える仕組みと音の伝わる仕組みが同じだからです。ただし金属では成り立ちません。
金属では熱伝導が格子振動だけでなく電子によってもになわれています。金属は自由電子による電気伝導が特徴ですがその自由電子が熱伝導もになっています。

気体、液体で音の伝わる仕組みを考えて下さい。こつこつと成分粒子がぶつかっていくことによって伝わります。この衝突によってエネルギーも渡されます。熱伝導もこの衝突によるものです。

固体の場合は横波も可能ですのでちょっと事情は違うかもしれませんが格子振動によって音も熱も伝わります。

今から理科年表でデータを調べてみます。

No.1 回答者： noname#101087 回答日時： 2007/04/24 12:15

>教科書に音速が大きいほど熱伝導率は大きくなると書いてありました....

もっともらしい「命題」ですが....。
「教科書」には、比較一覧表とか根拠とか、何か検証データでも書いてありましたか?

書いてなけりゃ眉唾です。
データを収集しましょう。たとえば、金属の例だと下記のようになります。
熱伝導率を降順に並べてみると、音速は順番すらメタメタ。

　　熱伝導率　　音速
　　　(W/mK)　　　(m/sec)
　　--------　　------
銀 　　428 　　　3650
銅 　　403　　　 5010
金 　　319　　　 3240
鉄　　　84　　　 5950
白金　　72　　　 3260

「教科書」がいうような、単純なことでもなさそう。
ほかの物質でも調べてみたら?

----------------------------------------------
http://www.kagaku.info/faq/thamal000614/index.htm
>熱伝導率
　http://www.madlabo.com/mad/edat/principle/onsoku …
>音速

この回答へのお礼

ありがとうございます．
やはり簡単ではないようですね．

お礼日時：2007/04/25 11:28