9 ТЕПЛОПРОВОДИ ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКИ - НАУКА - 2025

Ці провідники тепла є матеріали , структура яких така , що тепло може проходити через них легко. Потрібно пам’ятати, що вся матерія складається з атомів і молекул в постійному вібраційному русі, і тепло перетворюється на посилене збудження цих частинок.

Деякі матеріали проводять тепло краще, ніж інші, оскільки їх внутрішня конфігурація полегшує цей потік енергії. Наприклад, деревина не є хорошим провідником тепла, оскільки нагріватися потрібно тривалий час. Але з іншого боку, залізо, мідь та інші метали є, а це означає, що їх частинки дуже швидко набувають кінетичну енергію.

Теплова змазка, яка використовується в комп'ютерних мікросхемах, є хорошим провідником тепла, але не електрики. Джерело: Wikimedia Commons.

Ось чому метали є фаворитами для виготовлення кухонного посуду, наприклад, горщики та каструлі. Вони швидко нагріваються і досягають достатньо високої температури для правильного приготування їжі.

Однак ручки і ручки, які контактують з руками користувача, виготовлені з інших теплоізоляційних матеріалів. Таким чином каструлі легко обробляти, навіть коли їм жарко.

Види провідників

Залежно від способу проведення тепла матеріали класифікуються на:

- Теплові провідники : алмаз та метали, такі як мідь, залізо, цинк та алюміній, серед інших. Зазвичай хороші провідники електрики також є хорошими провідниками тепла.

- Теплоізолятори : дерево, гума, склопластик, пластик, папір, шерсть, аніме, пробка, полімери - хороші приклади. Гази теж не є хорошими провідниками.

Теплопровідність матеріалів

Властивість, яка по суті характеризує те, як кожен з них проводить тепло, називається теплопровідністю. Чим вище теплопровідність речовини, тим краще вона проводить тепло.

Теплопровідність речовин визначається експериментально. У системі міжнародної системи одиниць SI теплопровідність вимірюється у Вт / (метр x кельвін) або Вт / (мК). Він трактується так:

Інший блок теплопровідності, що використовується в англосаксонських країнах, - BTUH / (ft.ºF), де BTUH означає Британську теплову одиницю на годину.

Тепло тече через тверде тіло, коли між його кінцями є різниця температур. Джерело: Wikimedia Commons.

Значення теплопровідності

Нижче наведені теплопровідність деяких елементів і матеріалів, що зустрічаються в природі і які часто використовуються в промисловості.

Однак слід зазначити, що існують синтетичні сполуки, які ще знаходяться в експериментальній фазі, теплопровідність яких набагато перевищує діамант, який очолює таблицю.

Температура є визначальною у величині теплопровідності металів. З підвищенням температури зростає і теплопровідність (хоча електрична зменшується). Для неметалів теплопровідність є приблизно постійною в широкому температурному діапазоні.

Значення в таблиці вказані при 25ºC та 1 атмосферному тиску.

Вибираючи матеріал за його тепловими властивостями, необхідно враховувати, що він розширюється теплом. Ця потужність задається коефіцієнтом теплового розширення.

Основні провідники тепла

Алмаз

Алмаз - найкращий тепловий провідник у природі. Джерело: Роберт Лавінський через Wikimedia Commons.

Це найкращий теплопровідник кімнатної температури, набагато кращий, ніж мідь та будь-який інший метал. В алмазі, який є електричним ізолятором, тепло не надходить через електрони провідності, а через поширення вібрацій у його високоорганізованій кристалічній структурі. Ці коливання називаються фононами.

Він також має низький коефіцієнт теплового розширення, що означає, що його розміри залишаться близькими до вихідних при нагріванні. Коли потрібен хороший теплопровідник, який не проводить електрику, алмаз - найкращий варіант.

Як результат, він широко використовується для відведення тепла, що виробляється ланцюгами в комп'ютерах та інших електронних пристроях. Але це має головний недолік: він надзвичайно дорогий. Хоча є синтетичні алмази, їх виготовити непросто, а також вони дорогі.

Срібло

Срібні монети

Це високо цінуваний метал для орнаменту через його блиск, колір та ковкість. Він стійкий до окислення і серед усіх металів - це той, який має найбільшу теплопровідність, а також відмінну електропровідність.

З цієї причини він має безліч застосувань у промисловості, як окремо, так і в сплавах з іншими елементами, такими як нікель і паладій.

З чистого срібла, друкованих схем виготовляють високотемпературні надпровідні кабелі та покривають провідники, що використовуються в електроніці, на додаток до сплаву для створення електричних контактів.

Він має недолік порівняно дефіцитним і, таким чином, дорогим, але унікальне поєднання фізичних властивостей для цих застосувань робить його відмінною альтернативою, оскільки він дуже гнучкий і з ним виходять провідники хорошої довжини.

Мідь

Мідні дроти

Це один з найбільш використовуваних металів, коли потрібна хороша теплопровідність, оскільки він не піддається корозії та його температура плавлення досить висока, а це означає, що він не буде легко плавитися при впливі тепла.

Інші переваги, які вона має, - це її пластичність, крім того, що вони не магнітні. Мідь переробляється і коштує набагато дешевше, ніж срібло. Однак його коефіцієнт теплового розширення високий, а це означає, що його розміри помітно змінюються при нагріванні.

Завдяки своїм хорошим тепловим властивостям, він широко використовується в кухонному посуді, наприклад, мідних горщиках, накритих сталі, наприклад. Також виготовляти теплообмінники в баках з гарячою водою, в системах центрального опалення, радіаторах автомобілів та розсіювати тепло в електронних пристроях.

Золото

Доіспанічна золота маска

Це найдосконаліший дорогоцінний метал і займає переважне місце в історії людства. Окрім цього особливого значення, золото є ковким, стійким та чудовим провідником тепла та електрики.

Оскільки золото не кородує, його використовують для перенесення малих струмів у твердотільних електронних компонентах. Ці струми настільки малі, що їх можна легко перервати при найменших ознаках корозії, тому золото гарантує надійні електронні компоненти.

Він також використовується для виготовлення роз'ємів для навушників, контактів, реле та в патч-кабелях. Пристрої, такі як смартфони, калькулятори, ноутбуки та настільні комп’ютери та телевізори, містять невелику кількість золота.

Спеціальні окуляри для приміщень з кондиціонером також містять розсіяне золото таким чином, що вони допомагають відбивати сонячне випромінювання зовні, зберігаючи свіжість всередині, коли дуже жарко. Таким же чином вони допомагають підтримувати внутрішнє тепло в будівлі, коли зима.

Літій

Літій-іонний акумулятор. Автор: Містер ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * день фотографії, серпень, 2005 * фотографія людини Аней. Джерело: Wikimedia Commons.

Це найлегший з усіх металів, хоча і дуже реакційноздатний, тому він легко піддається корозії. Вам також доводиться поводитися з цим з великою обережністю, оскільки він легкозаймистий. Завдяки цьому, хоч і є у великій кількості, він знаходиться не у вільному стані, а у сполуках, для чого його зазвичай потрібно виділяти електролітичними методами.

Його теплопровідність подібна до золота, але вона значно дешевша за цю. Карбонат літію - це сполука, яка використовується у виробництві жароміцного скла та кераміки.

Ще одне поширене використання літію - це виготовлення довготривалих легких акумуляторів, для отримання яких літієвий хлорид використовується для вилучення металевого літію. Доданий при обробці алюмінію, він підвищує його електропровідність і знижує робочі температури.

Алюміній

Алюмінієве металеве відро. Джерело: Carsten Niehaus

Цей легкий, недорогий, дуже стійкий і простий у роботі метал - один з основних матеріалів, що використовуються для виготовлення теплообмінників в кондиціонерному обладнанні, наприклад, кондиціонерах та обігрівачах.

Як на внутрішньому, так і в промисловому напрямку посуд з алюмінію широко використовується на кухнях по всьому світу.

Алюмінієвий посуд, такий як горщики, сковорідки та листи для випічки, надзвичайно ефективний. Вони не змінюють аромат їжі і дозволяють тепла швидко і рівномірно поширюватися при готуванні.

Незважаючи на те, алюмінієві каструлі та каструлі були витіснені з нержавіючої сталі, що не так добре провідник тепла. Це тому, що нержавіюча сталь не реагує на більш сильні кислоти, як, наприклад, томатний соус.

Ось чому бажано робити томатні соуси в сталевому посуді, щоб запобігти попаданню алюмінію в їжу, оскільки деякі асоціювали алюміній - присутній в антацидах, тальках, дезодорантах та багатьох інших продуктах - з появою дегенеративних захворювань, хоча більшість експертів, як і FDA, цю гіпотезу відкидають.

Алюмінієва каструля на передньому плані. Джерело: Pixabay.

Посуд з анодованого алюмінію не ризикує вивільнити алюмінієві частинки і в принципі може використовуватися з більшою безпекою.

Бронза

Бронза цих древніх дзвонів демонструє корисність металів для орнаментальних чи релігійних цілей. Джерело: Pxhere.

Бронза - це переважно сплав міді та олова, меншою мірою з іншими металами. Він присутній з давніх часів в історії людства.

Це так важливо, що період Праісторії навіть був названий бронзовим століттям, часом, коли люди відкрили і почали використовувати властивості цього сплаву.

Бронза стійка до корозії та проста у роботі. Спочатку його використовували для виготовлення різного посуду, інструментів, прикрас, предметів мистецтва (наприклад, скульптури) та зброї, а також для карбування монет. Сьогодні його все ще використовують для виготовлення труб, механічних деталей та музичних інструментів.

Цинк

Дивитися скло з оксидом цинку. Джерело: Адам Рендзіковський

Це дуже ковкий і пластичний синювато-білий метал, з ним легко працювати, хоча і з низькою температурою плавлення. Він відомий з давніх часів, в основному використовується в сплавах.

В даний час використовується для гальванізації сталі і, таким чином, захисту від корозії. Також для виготовлення акумуляторів, пігментів та виготовлення спеціальних цинкових листів для будівельної галузі.

Залізо

Залізні плівки на магніті. Джерело: Aney через Commons Wikimedia.

Залізо - ще один метал з великим історичним значенням. Як і бронза, залізо пов'язане з етапом доісторії, на якій відбулися великі технічні досягнення: залізний вік.

Сьогодні чавун продовжує мати багато застосувань для виготовлення інструментів, посуду, в будівництві та в якості матеріалу для виготовлення автомобільних деталей.

Залізо - це дуже хороший провідник тепла, як ми бачили. Залізні предмети дуже добре розподіляють тепло і зберігають його тривалий час. Він також має високу температуру плавлення, що робить його стійким до високих температур, отже, його корисність у виробництві всіх типів духовок, як промислових, так і побутових.

Список літератури

1. CK-12. Теплові провідники та ізолятори. Відновлено з: ck12.org.
2. Мідь: Властивості та програми. Відновлено з: copperalliance.org.
3. Еффунда. Властивості загальнодоступних твердих матеріалів. Відновлено з сайту efunda.com
4. Хілл, Д. Теплові властивості чавуну. Відновлено з: ehow.com.
5. Кінг, Х. Багато застосувань золота. Відновлено з: geology.com.
6. Літій. Відновлено з: gob.mx.
7. Повторна творча фізика. Передача тепла. Відновлено з сайту: fisicarecreativa.com.
8. Вікіпедія. Перелік теплопровідності. Відновлено з: es.wikipedia.org.