Mitä ovat lämpöä johtavat materiaalit?

lämpöä johtavat materiaalit ovat ne, jotka mahdollistavat lämmön siirtymisen tehokkaasti korkean lämpötilan ja alemman lämpötilan pinnan (tai nesteen) välillä.

Lämpöä johtavia materiaaleja käytetään erilaisissa tekniikan sovelluksissa. Tärkeimpiä sovelluksia ovat jäähdytyslaitteiden rakentaminen, lämmönsiirtolaitteet ja yleisesti kaikki laitteet, jotka edellyttävät lämmönvaihtoa prosesseissaan.

Ne materiaalit, jotka eivät ole hyviä lämmönjohtimia, tunnetaan eristiminä. Käytetyimpiä eristysmateriaaleja ovat korkki ja puu.

On yleistä, että lämpöä hyvin ohjaavat materiaalit ovat myös hyviä sähkönjohtimia.

Esimerkkejä hyvästä lämmön ja sähkön johtavasta materiaalista ovat mm. Alumiini, kupari ja hopea.

Eri materiaaleja ja niiden vastaavia lämmönjohtavuusominaisuuksia löytyy kemian käsikirjoista, joissa esitetään yhteenveto näissä materiaaleissa tehdyistä kokeellisista ajotuloksista.

Lämpöjohtuminen

Johto on lämmönsiirto, joka tapahtuu saman materiaalin kahden kerroksen välillä tai kahden materiaalin kanssa kosketuksissa olevien pintojen välillä, jotka eivät vaihda ainetta.

Tässä tapauksessa lämmönsiirto materiaaleissa annetaan kerrosten tai pintojen välisten molekyyli- iskujen ansiosta.

Molekyylisokit mahdollistavat sisäisen ja kineettisen energian vaihdon materiaalin atomien välillä.

Täten kerros tai pinta, jolla on korkeampi sisäinen energia ja kineettinen energia, siirtää alemman energian kerroksille tai pinnoille, mikä kasvattaa näiden lämpötilaa..

Eri materiaaleilla on erilaiset molekyylirakenteet, mikä tarkoittaa, että kaikilla materiaaleilla ei ole samaa kykyä lämmön johtamiseen.

Lämmönjohtavuus

Materiaalin tai nesteen kyvyn johtamiseen lämmön ilmaisemiseksi käytetään fyysistä ominaisuutta "lämmönjohtavuus", jota yleensä edustaa kirjain K.

Lämmönjohtavuus on ominaisuus, joka on löydettävä kokeellisesti. Kiinteän materiaalin lämmönjohtavuuden kokeelliset arviot ovat suhteellisen yksinkertaisia, mutta prosessi on monimutkainen kiintoaineille ja kaasuille.

Materiaalien ja nesteiden lämmönjohtavuus raportoidaan materiaalimäärälle, jonka virtausalue on 1 neliöjalka, paksuus 1 jalka, yhden tunnin ajan lämpötilaerossa 1 ° K.

Lämmönjohtavat materiaalit

Vaikka teoriassa kaikki materiaalit voivat siirtää lämpöä, joillakin on parempi johtavuus kuin toiset.

Luonnossa on materiaaleja, kuten kuparia tai alumiinia, jotka ovat hyviä lämmönjohtimia, mutta materiaalitiede, nanoteknologia ja tekniikka ovat mahdollistaneet uusien materiaalien luomisen hyvillä ajo-ominaisuuksilla.

Vaikka lämmönjohtavalla materiaalilla, kuten esimerkiksi kuparilla, on luonnossa esiintyvä lämmönjohtavuus 401 W / Km, on raportoitu hiilinanoputkia, joiden lämpöjohtavuus on lähellä 6600 W / Km..

Eri materiaalien lämmönjohtavuusarvot näkyvät seuraavassa taulukossa:

viittaukset

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Hiilinanoputkien epätavallinen ja korkea lämmönjohtavuus. Fyysiset arviot. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. et ai. Vaihtoehtoinen kriteeri lämmönsiirron optimoinnissa. Royal Society A: n matemaattiset, fyysiset ja tekniset tieteet 2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. et ai. 2010. Materiaalien lämmönjohtavuus. Metrologian symposium.
4. Kaufman W. C. Bothe D.Meyer S.D. Qutdoor-vaatemateriaalien lämpöeristysominaisuudet. Science. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Lämmönsiirtoprosessit. McGraw-kukkula.
6. Merabia S. et ai. Lämmönsiirto nanohiukkasista: vastaava tila-analyysi. Amerikan yhdysvaltojen kansallinen tiedeakatemia. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. B. Jaya Krishna D. Tutkimukset piilolämmön varastointimateriaaleista aurinkoenergian ja -lämmityksen sovelluksissa. Journal of Energy Storage. 2017; 12: 243-260.