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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)。

◆熱伝導率

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ρ_Eとすると、エネルギー保存則と連続の方程式より、ρ_E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、

:$\backslash mathbf\backslash ,=\; -\; \backslash lambda\; \backslash rmT$

で表される。これはフーリエの法則と言われる。$\backslash rmT$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$\backslash rm$であり,場合によって$\backslash rm$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C_V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 / C_V を熱拡散率(温度伝導率)と言う。(ここでC_V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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