Τι είναι υλικά θερμικής διεξαγωγής;

Το θερμικά αγώγιμα υλικά είναι εκείνα που επιτρέπουν τη θερμότητα να μεταφέρεται αποτελεσματικά μεταξύ μιας επιφάνειας (ή ενός υγρού) με υψηλή θερμοκρασία και χαμηλότερη θερμοκρασία.

Τα θερμικά αγώγιμα υλικά χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές εφαρμογές μηχανικής. Μεταξύ των σημαντικότερων εφαρμογών είναι η κατασκευή ψυκτικού εξοπλισμού, εξοπλισμού διάχυσης θερμότητας και γενικά οποιουδήποτε εξοπλισμού που απαιτεί ανταλλαγή θερμότητας στις διαδικασίες του.

Τα υλικά που δεν είναι καλοί θερμικοί αγωγοί είναι γνωστά ως μονωτήρες. Μεταξύ των πιο χρησιμοποιούμενων μονωτικών υλικών είναι ο φελλός και το ξύλο.

Είναι σύνηθες ότι τα υλικά που παράγουν θερμότητα καλά είναι επίσης καλοί οδηγοί ηλεκτρικής ενέργειας.

Μερικά παραδείγματα καλών αγώγιμων υλικών της θερμότητας και του ηλεκτρισμού είναι αλουμίνιο, χαλκός και ασήμι μεταξύ άλλων.

Διαφορετικά υλικά και οι αντίστοιχες ιδιότητες θερμικής αγωγιμότητας μπορούν να βρεθούν στα εγχειρίδια χημείας που συνοψίζουν τα πειραματικά αποτελέσματα οδήγησης που έγιναν σε αυτά τα υλικά.

Αγωγιμότητα θερμότητας

Η αγωγή είναι η μεταφορά θερμότητας που συμβαίνει μεταξύ δύο στρωμάτων του ίδιου υλικού ή μεταξύ επιφανειών που έρχονται σε επαφή με δύο υλικά που δεν ανταλλάσσουν ύλη.

Σε αυτή την περίπτωση, η μεταφορά θερμότητας στα υλικά δίνεται χάρη στις μοριακές διαταραχές που συμβαίνουν μεταξύ των στρωμάτων ή των επιφανειών.

Τα μοριακά σοκ επιτρέπουν την ανταλλαγή της εσωτερικής και κινητικής ενέργειας μεταξύ των ατόμων του υλικού.

Έτσι, το στρώμα ή η επιφάνεια με άτομα υψηλότερης εσωτερικής ενέργειας και κινητικής ενέργειας μεταφέρονται στα στρώματα ή τις επιφάνειες χαμηλότερης ενέργειας, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία αυτών.

Τα διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές μοριακές δομές, πράγμα που σημαίνει ότι δεν έχουν όλα τα υλικά την ίδια ικανότητα να παράγουν θερμότητα.

Θερμική αγωγιμότητα

Για να εκφραστεί η ικανότητα ενός υλικού ή ενός ρευστού να πραγματοποιήσει θερμότητα, χρησιμοποιείται η φυσική ιδιότητα «θερμική αγωγιμότητα» η οποία συνήθως αντιπροσωπεύεται από το γράμμα k.

Η θερμική αγωγιμότητα είναι μια ιδιότητα που πρέπει να βρεθεί πειραματικά. Οι πειραματικές εκτιμήσεις της θερμικής αγωγιμότητας για στερεά υλικά είναι σχετικά απλές, αλλά η διαδικασία είναι σύνθετη για στερεά και αέρια.

Η θερμική αγωγιμότητα των υλικών και ρευστών αναφέρεται για έναν αριθμό υλικού περιοχής ροής 1 τετραγωνικό πόδι, πάχος 1 πόδι, για μία ώρα σε μία διαφορά θερμοκρασίας του 1 ° Κ.

Υλικά θερμικής αγωγιμότητας

Αν και θεωρητικά όλα τα υλικά μπορούν να μεταφέρουν θερμότητα, ορισμένοι έχουν καλύτερη αγωγιμότητα από άλλους.

Στη φύση υπάρχουν υλικά όπως ο χαλκός ή το αλουμίνιο είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας, ωστόσο η επιστήμη των υλικών, της νανοτεχνολογίας και της μηχανικής επέτρεψαν τη δημιουργία νέων υλικών με καλή οδική συμπεριφορά.

Ενώ ένα θερμικά αγώγιμο υλικό όπως ο χαλκός, τα οποία βρίσκονται στη φύση, έχει μια θερμική αγωγιμότητα από 401 W / m K, έχουν αναφερθεί νανοσωλήνες άνθρακα κατασκευάζονται με μικρές θερμικές αγωγιμότητες έως 6600 W / m K.

Οι τιμές θερμικής αγωγιμότητας για διάφορα υλικά φαίνονται στον ακόλουθο πίνακα:

Αναφορές

1. Berber S. Kwon Υ. Tomanek Δ. Ασυνήθιστη και υψηλή θερμική αγωγιμότητα των νανοσωλήνων άνθρακα. Φυσικές επιστολές επιστολών. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. et αϊ. Ένα εναλλακτικό κριτήριο στη βελτιστοποίηση της μεταφοράς θερμότητας. Πρακτικά της Βασιλικής Εταιρείας Α: Μαθηματικές, Φυσικές και Τεχνικές Επιστήμες 2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. et αϊ. 2010. Θερμική αγωγιμότητα υλικών. Συμπόσιο Μετρολογίας.
4. Kaufman W.C. Bothe D.Meyer S.D. Θερμομονωτικές δυνατότητες των Υλικών Εξυγίανσης. Επιστήμη 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Διαδικασίες μεταφοράς θερμότητας. McGraw λόφο.
6. Merabia S. et αϊ. Μεταφορά θερμότητας από νανοσωματίδια: αντίστοιχη ανάλυση κατάστασης. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. Β. Jaya Krishna D. Διερεύνηση υλικών αποθήκευσης λανθάνουσας θερμότητας για εφαρμογές ηλιακού νερού και θέρμανσης χώρων. Εφημερίδα της αποθήκευσης ενέργειας. 2017; 12: 243-260.