9 värmeledare och deras egenskaper

1781
Egbert Haynes
9 värmeledare och deras egenskaper

De värmeledare De är de material vars struktur är sådan att värme kan passera genom dem mycket lätt. Man måste komma ihåg att all materia består av atomer och molekyler i konstant vibrationsrörelse, och att värmen översätts till större agitation av dessa partiklar..

Vissa material leder värme bättre än andra, eftersom deras interna konfiguration underlättar detta energiflöde. Trä är till exempel inte en bra värmeledare eftersom det tar lång tid att värma upp. Men järn, koppar och andra metaller är det, vilket innebär att deras partiklar förvärvar kinetisk energi mycket snabbt..

Termiskt fett som används i datorchips är ett bra ledande material för värme, men inte för elektricitet. Källa: Wikimedia Commons.

Det är därför metaller är favoriterna för att tillverka köksredskap, till exempel kastruller och kastruller. De värms upp snabbt och når temperaturer som är tillräckligt höga för att maten ska kunna lagas ordentligt.

Handtag och handtag som är i kontakt med användarens händer är dock gjorda av andra värmeisolerande material. På detta sätt är kokkärlen lätta att hantera även när de är heta..

Artikelindex

  • 1 Typer av ledare
  • 2 Materialens värmeledningsförmåga
    • 2.1 Värden på värmeledningsförmåga
  • 3 Huvudvärmeledare
    • 3.1 Diamant
    • 3.2 Silver
    • 3.3 Koppar
    • 3.4 Guld
    • 3,5 litium
    • 3.6 Aluminium
    • 3.7 Brons
    • 3.8 Zink
    • 3.9 Järn
  • 4 Referenser

Typer av ledare

Beroende på deras sätt att leda värme klassificeras material i:

-Värmeledare: diamant och metaller som koppar, järn, zink och aluminium, bland andra. Vanligtvis är bra ledare av el också bra värmeledare.

-Värmeisolering: trä, gummi, glasfiber, plast, papper, ull, anime, kork, polymerer är bra exempel. Gaser är inte heller bra ledare.

Materials värmeledningsförmåga

Egenskapen som i sig karakteriserar det sätt på vilket var och en av dem leder värme kallas Värmeledningsförmåga. Ju högre värmeledningsförmåga hos ett ämne, desto bättre leder det värme.

Substans värmeledningsförmåga bestäms experimentellt. I SI International System of Units mäts värmeledningsförmåga i Watt / (meter x kelvin) eller W / (m.K). Det tolkas på följande sätt:

1 W / (m.K) motsvarar 1 watt effekt, överförd med en längd lika med 1 meter, när temperaturskillnaden mellan de två ytterpunkterna är 1 kelvin.

En annan enhet för värmeledningsförmåga som används i angelsaxiska länder är BTUH / (ft.ºF), där initialerna BTUH motsvarar British Thermal Unit per timme.

Värme flyter genom det fasta ämnet när det finns en skillnad i temperatur mellan ändarna. Källa: Wikimedia Commons.

Värmeledningsförmåga

Nedan visas värmeledningsförmågan hos vissa element och material som finns i naturen och som ofta används i industrin..

Det bör emellertid noteras att det finns syntetiska föreningar, fortfarande i experimentfasen, vars värmeledningsförmåga långt överstiger diamantens, som står i spetsen..

Temperaturen är avgörande i värdet på metallernas värmeledningsförmåga. När temperaturen ökar ökar värmeledningsförmågan (även om den elektriska konduktiviteten minskar). För icke-metaller är värmeledningsförmågan ungefär konstant över ett brett temperaturintervall..

Värdena i tabellen anges vid 25 ºC och 1 atmosfärstryck.

När du väljer ett material för sina termiska egenskaper måste det tas i beaktande att det expanderar med värme. Denna kapacitet ges av Värmeutvidgningskoefficient.

Huvudvärmeledare

Diamant

Diamond är den bästa värmeledaren i naturen. Källa: Robert Lavinsky via Wikimedia Commons.

Det är den bästa värmeledaren vid rumstemperatur, mycket bättre än koppar och någon annan metall. I diamant, som är en elektrisk isolator, flyter inte värme genom ledningselektroner utan genom förökning av vibrationer i dess mycket organiserade kristallstruktur. Dessa vibrationer kallas fononer.

Den har också en låg värmeutvidgningskoefficient, vilket innebär att dess dimensioner förblir nära de ursprungliga när de värms upp. När en bra värmeledare som inte leder elektricitet krävs är diamant det bästa alternativet..

Som ett resultat används den ofta för att ta bort värmen som produceras av datorkretsar och andra elektroniska enheter. Men det har en stor nackdel: det är extremt dyrt. Även om det finns syntetiska diamanter är de inte lätta att tillverka och de är också dyra.

Silver

Silvermynt

Det är en högt värderad metall för prydnad på grund av dess glans, färg och smidighet. Det är oxidationsbeständigt och bland alla metaller är det den med högsta värmeledningsförmåga, samt utmärkt elektrisk ledningsförmåga..

Av denna anledning har den flera applikationer inom industrin, både ensamma och i legeringar med andra element som nickel och palladium..

Med rent silver, tryckta kretsar, högtemperatur superledande kablar tillverkas och ledare som används i elektronik är belagda, förutom att de används i legering för att skapa elektriska kontakter.

Det har nackdelen att det är relativt knappt och därför dyrt, men den unika kombinationen av fysikaliska egenskaper för dessa applikationer gör det till ett utmärkt alternativ, eftersom det är mycket flexibelt och därmed erhålls ledare med god längd.

Koppar

Koppartrådar

Det är en av de mest använda metallerna när god värmeledningsförmåga krävs, eftersom den inte korroderar lätt och dess smältpunkt är ganska hög, vilket innebär att den inte smälter lätt när den utsätts för värme..

Andra fördelar som den har är dess duktilitet, förutom att den inte är magnetisk. Koppar är återvinningsbart och är mycket billigare än silver. Emellertid är dess värmeutvidgningskoefficient hög, vilket innebär att dess dimensioner förändras avsevärt vid uppvärmning..

På grund av dess goda termiska egenskaper används den i stor utsträckning i köksredskap, till exempel kopparkrukor täckta med stål. Även att tillverka värmeväxlare i varmvattentankar, i centralvärmesystem, bilradiatorer och att sprida värme i elektroniska enheter.

Guld

Prehispanic guldmask

Det är ädelmetallen i toppklass och intar en överlägsen plats i mänsklighetens historia. Bortsett från denna speciella betydelse är guld smidigt, beständigt och en utmärkt ledare för värme och elektricitet..

Eftersom guld inte korroderar används det för att bära små strömmar i halvledarelektroniska komponenter. Dessa strömmar är så små att de lätt kan avbrytas vid minsta tecken på korrosion, varför guld garanterar pålitliga elektroniska komponenter..

Den används också för att tillverka hörlursanslutningar, kontakter, reläer och i patchkablar. Enheter som smartphones, miniräknare, bärbara datorer och stationära datorer och tv-apparater innehåller små mängder guld.

De speciella glasen för luftkonditioneringsutrymmen innehåller också dispergerat guld på ett sådant sätt att de hjälper till att reflektera solens strålning utåt och bibehåller fräschheten inuti när det är mycket varmt. På samma sätt hjälper de till att behålla den inre värmen i byggnaden när det är vinter.

Litium

Litium jon batteri. Författare: Mr. ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * fotograferingsdag, augusti 2005 * fotograferingsperson Aney. Källa: Wikimedia Commons.

Det är den lättaste av alla metaller, även om den är mycket reaktiv så den korroderar lätt. Du måste också hantera det med stor försiktighet, eftersom det är mycket brandfarligt. På grund av detta, även om det är rikligt, finns det inte i ett fritt tillstånd utan i föreningar, varför det måste isoleras generellt med elektrolytiska metoder..

Dess värmeledningsförmåga liknar guldets, men det är mycket billigare än guld. Litiumkarbonat är en förening som används vid tillverkning av värmebeständigt glas och keramik.

En annan utbredd användning av litium är tillverkningen av långvariga, lätta batterier, för vilka litiumklorid används för att extrahera metalliskt litium. Tillagt vid bearbetning av aluminium ökar den elektriska ledningsförmågan och sänker driftstemperaturerna..

Aluminium

Aluminium metall hink. Källa: Carsten Niehaus [Public domain]

Denna lätta, billiga, mycket beständiga och lättanvända metall är ett av huvudmaterialen som används för att tillverka värmeväxlare i luftkonditioneringsutrustning, såsom luftkonditioneringsapparater och värmare..

Både inhemskt och industriellt används aluminiumredskap i stor utsträckning i kök runt om i världen..

Aluminiumredskap som krukor, stekpannor och bakplåtar är extremt effektiva. De förändrar inte smaken på maten och låter värmen spridas snabbt och jämnt när du lagar mat.

Oavsett har aluminiumkrukor och kokkärl förskjutits av rostfritt stål, vilket inte är lika bra värmeledare. Detta beror på att rostfritt stål inte reagerar med starkare syror, till exempel tomatsås..

Det är därför det är att föredra att göra tomatsåsar i stålredskap, för att förhindra att aluminium kommer in i maten, eftersom vissa har associerat aluminium - närvarande i antacida, talk, deodoranter och många andra produkter - med utseende av degenerativa sjukdomar, även om de flesta experter , liksom FDA, avvisar denna hypotes.

Gryta i aluminium i förgrunden. Källa: Pixabay.

Köksredskap av anodiserat aluminium riskerar inte att släppa ut aluminiumpartiklar och kan i princip användas på ett säkrare sätt.

Brons

Bronsen från dessa forntida klockor visar nyttan av metaller för prydnads- eller religiösa ändamål. Källa: Pxhere.

Brons är en legering av koppar och tenn, främst med andra metaller i mindre utsträckning. Det har funnits sedan antiken i mänsklighetens historia.

Det är så viktigt att en period av förhistoria till och med har utsetts till bronsåldern, den tid då människor upptäckte och började använda egenskaperna hos denna legering..

Brons är korrosionsbeständigt och lätt att arbeta med. Ursprungligen användes den för att tillverka olika redskap, verktyg, smycken, konstföremål (till exempel skulpturer) och vapen samt för att mynta mynt. Idag används den fortfarande för att tillverka rör, mekaniska delar och musikinstrument.

Zink

Klockglas med zinkoxid. Källa: Adam Rędzikowski [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Det är en mycket formbar och duktil blåvit metall, lätt att arbeta med, men med låg smältpunkt. Det har varit känt sedan urminnes tider, främst i legeringar.

Det används för närvarande för att galvanisera stål och därmed skydda det mot korrosion. Även för att tillverka batterier, pigment och tillverka specialzinkplåtar för byggindustrin.

Järn

Järnark på en magnet. Källa: Aney via Commons Wikimedia.

Järn är en annan metall med stor historisk betydelse. Liksom brons är järn kopplat till ett förhistoriskt stadium där stora tekniska framsteg ägde rum: järnåldern.

Idag har gjutjärn fortfarande många applikationer för att tillverka verktyg, redskap, i konstruktion och som ett material för tillverkning av bildelar.

Järn är en mycket bra värmeledare, som vi har sett. Järnföremål fördelar värmen mycket bra och håller den länge. Den har också en hög smältpunkt, vilket gör den motståndskraftig mot höga temperaturer, därav dess användbarhet vid tillverkning av alla typer av ugnar, både industriella och inhemska..

Referenser

  1. CK-12. Värmeledare och isolatorer. Återställd från: ck12.org.
  2. Koppar: Egenskaper och applikationer. Återställd från: copperalliance.org.
  3. Effunda. Egenskaper hos allmänna fasta material. Återställd från efunda.com
  4. Hill, D. Värmeegenskaper hos gjutjärn. Återställd från: ehow.com.
  5. King, H. De många användningarna av guld. Återställd från: geology.com.
  6. Litium. Återställd från: gob.mx.
  7. Omkreativ fysik. Värmeöverföring. Återställd från: fisicarecreativa.com.
  8. Wikipedia. Lista över värmeledningsförmåga. Återställd från: es.wikipedia.org.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.