热子气-气体和金属中热量传递的载体

热子气可以认为是热传导的主要载体,是热量传递的载体.类似于介电体中晶格振动能量量子化定义的声子,大量的声子组成了声子气.在气体和金属中则可以根据无规则运动的分子和电子所具有的能量定义热子,大量无规则运动的热子就组成了热子气.热子和声子、光子一样都没有静止质量,但是热子的动质量可以连续变化,即热子是非量子化的准粒子.热子气在一定温度梯度驱动下的定向运动就形成了热流.根据Einstein质能关系可以得到热子的质量为mh=E/c2,即热能除以光速的平方.热子气是具有真实质量的可压缩流体,根据气体动力学原理,并结合理想气体和金属中电子气的统计规律分别得到了两种体系中热子气的状态方程,通过流体力学分析方法进一步推导出热子气的动量守恒方程,它是具有阻尼的波动方程,也就是普适导热定律.基于热子气概念得到的普适导热定律可以用于定量研究由于热惯性作用而导致的极端条件下的非Fourier导热现象,例如在超快速激光加热实验中出现的热波现象.在通常情况下当热质惯性力作用可以忽略时普适导热定律将退化为Fourier定律.利用两阶精度的有限差分格式,计算了超快速飞秒激光加热金属薄膜条件下普适导热定律的热波解,结果显示热波传递的波动性会随着热子气运动惯性作用的增强而增强.