なぜ熱伝導率が固体から気体に低下するのですか？
私は熱伝達クラスで、熱伝導率が固体から液体、気体へと減少することを学んでいます。 $$K_{solid} > K_{liquid}>K_{gas}$$引用された理由は、（私の理解に基づいて）分子間の間隔が固体から気体に増加するため、熱エネルギーの伝達がより非効率的になり、熱伝導率が低下するためです。これはかなり直感的でした。
しかし、ガスの運動論によれば、熱伝導率は平均自由行程に正比例することを後で学びました。平均自由行程は、衝突が発生する前に分子が移動した平均距離です。そう、$$\lambda_{gas} > \lambda_{liquid} > \lambda_{solid}$$
だから、すべきではない $K_{gas}$最高になりますか？両方の関係は互いに反対しているようです。では、この偏差を補う他の要因はありますか？
回答
あなたが見逃しているのは、固体では非常に強く、液体では弱く、気体では弱いか存在しない構成要素間の結合です。運動論は、衝突以外に相互作用がないことを前提としています。そのような完全に分離された状況では、重要なのは衝突の可能性だけです。これは、ガスを通過するエネルギーの伝達を妨げるだけです。
しかし、構成要素間に有意な結合がある場合、エネルギーは衝突ではなく結合の励起として伝達されます（実際、構成要素は本質的に固定されているため、固体の「衝突」の概念自体は少し不安定です。格子状に配置）。これらの格子励起を一種の近似波動方程式の解として見ると、媒体内の波の速度についてわかっていることに基づいて、構成要素の密度に比べて結合が強いほど、これらの波は速くなります。トラベル。
したがって、エネルギーが衝突ではなく主に集団励起で運ばれる状況では、集団行動が強いほど、エネルギーはより速く移動します。