Metallers värmeledningsförmåga

De här två kastrullerna är lika varma. Den ena har ett handtag av plast, den andra ett handtag av metall. Plasthandtaget går bra att hålla i, men - aj! - du bränner dig på metallen. Värme har lätt att sprida sig genom metall. När ena änden värms upp av kastrullen, leds värmen ut i hela handtaget.

Metaller är bra värmeledare. Plasthandtagets ena sida värms upp lika mycket av kastrullen. Men värmen sprids inte lika lätt genom plasten. Plast är en värme-isolator. De flesta material är värme-isolatorer, till exempel glas, sten, trä och tyg.

Men alla metaller är bra värmeledare. Varför är det så? För att svara på det måste vi titta på vad värme är – på atomnivå. Alla ämnen består av atomer. I fasta material sitter atomerna på bestämda platser, men de är inte helt stilla, utan rör sig lite fram och tillbaka – de vibrerar.

Ju varmare materialet är, desto kraftigare vibrerar atomerna. Och det är det som är värme: rörelse på atomnivå. Hur sprider sig värme då? Det här är en förenklad bild av en icke-metall. Atomerna sitter ihop med varandra, med kemiska bindningar.

Bindningarna består av elektroner, som befinner sig mellan atomerna. Nu värmer vi upp ena sidan av materialet. Atomerna som värms upp börjar röra sig mer. Den här rörelsen överförs genom bindningarna, till atomerna bredvid. Som i sin tur börjar vibrera mer.

Sen fortplantas rörelsen vidare till nästa atom, och nästa... I det här materialet kan varje atom bara påverka sina närmaste grannar. Och för varje steg blir vibrationerna lite svagare. Värmen leds ganska dåligt i den här icke-metallen. Hur är det i metaller då?

Metallatomerna sitter också fast på bestämda platser. Och det finns elektroner mellan atomerna. Men i metaller är elektronerna fria. De här fria elektronerna är inte bundna till särskilda atomer. De kan åka omkring vart som helst i hela metallen.

Och det gör stor skillnad för värmeledningsförmågan. Kolla vad som händer när vi värmer upp ena sidan av metallen: Atomerna börjar vibrera mer. En vibrerande atom kan knuffa till en fri elektron. Det gör att elektronen får högre fart. Den snabba elektronen krockar med en annan atom, och får den atomen att vibrera mer.

Efter det kan elektronen fortsätta, och stöta till ännu fler atomer innan den saktar ner. Elektronerna krockar också med varandra. Det gör att vi får fler och fler snabba elektroner genom hela materialet… ...som värmer upp flera atomer på en gång. Det är alltså de här fria elektronerna som gör att alla metaller är så bra värmeledare. Värme är rörelse på atomnivå.

Värmen sprids genom att atomernas vibrationer fortplantar sig genom materialet. Det speciella med metaller är att de har fria elektroner. De hjälper till att sprida värmen – inte bara till atomerna intill, utan längre bort än så. Det gör värmeledningsförmågan mycket högre i metaller. Det är därför du bränner dig på handtaget av metall.

Om du inte använder en grytlapp förstås – som inte har några fria elektroner.