Zusammenhang thermischer- und elektrischer Leitfähigkeit in Metallen


Published by Marc Büchel on 15.08.04

Wer hat sich nicht schon einmal gefragt, welches Metall (gerade bei Kühlungen) die bessere Wärmeleitfähigkeit z besitzt. Hier nun eine kleine Hilfe dessen. Um das Ganze möglichst einfach zu gestalten verzichten wir auf die Herleitung der Formel.

Wer hat sich nicht schon einmal gefragt, welches Metall (gerade bei Kühlungen) die bessere Wärmeleitfähigkeit z besitzt. Hier nun eine kleine Hilfe dessen. Um das Ganze möglichst einfach zu gestalten verzichten wir auf die Herleitung der Formel.

Bei konstanter Temperatur T ist die thermische Leitfähigkeit z proportional zur elektrischen Leitfähigkeit s und wird durch das Wiedemann-Franzsche-Gesetz beschrieben, welches lautet:

Wärmeleitfähigkeit z = L * T * elektrische Leitfähigkeit s
Die Konstante L wird Lorenzsche Zahl genannt und ist annähernd gleich für alle Metalle.

Daraus folgt, dass Wärmeleitfähigkeit z und elektrische Leitfähigkeit s eine Proportionalität aufweisen.

Fazit: gute elektrische Leiter sind auch gute Wärmeleiter und umgekehrt.


Damit nun diese Information verwendet werden kann, um die Wärmeleitfähigkeit eines bestimmten Metalls auszurechnen, hier noch ein paar Zahlenwerte:

Lorenzsche Zahl: L=2.45*10^(-*V^(2)*K^(-2)


Thermische Leitfähigkeit z für einige Metalle:

Aluminium: 237 W/m*K
Eisen: 80.2 W/m*K
Kupfer: 401 W/m*K
Silber: 429 W/m*K
Diamant: ca. 2100 W/m*K (beachte: Nichtmetall - Isolator)
Molybdän: 138 W/m*K
Nickel: 90.7 W/m*K
Zink: 116 W/m*K
Zinn: 66.6 W/m*K


Elektrische Leitfähigkeit s für einige Metalle

Einheit: S/cm (Siemens/cm)
Aluminium: 37.66 S/m*10^(6)
Eisen: 10.29 S/m*10^(6)
Kupfer: 59.77 S/m*10^(6)
Silber: 63 S/m*10^(6)
Diamant: Nichtmetall - bester thermischer Leiter (Energietransport ausschliesslich durch Phononen)
Molybdän: 19.20 S/m*10^(6)
Nickel: 14.60 S/m*10^(6)
Zink: 16.90 S/m*10^(6)
Zinn: 9.09 S/m*10^(6)


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