Co to są materiały przewodzące ciepło?

Plik materiały przewodzące ciepło to takie, które umożliwiają efektywne przenoszenie ciepła między powierzchnią (lub cieczą) o wysokiej temperaturze a inną o niższej temperaturze.

Materiały przewodzące ciepło są używane w różnych zastosowaniach inżynieryjnych. Do najważniejszych zastosowań należy budowa urządzeń chłodniczych, urządzeń do odprowadzania ciepła i ogólnie wszelkich urządzeń, które wymagają wymiany ciepła w swoich procesach..

Materiały, które nie są dobrymi przewodnikami ciepła, nazywane są izolatorami. Do najczęściej używanych materiałów izolacyjnych należy korek i drewno.

Powszechne jest, że materiały dobrze przewodzące ciepło są również dobrymi przewodnikami elektryczności. Niektóre przykłady materiałów dobrze przewodzących ciepło i elektryczność to między innymi aluminium, miedź i srebro..

Różne materiały i ich odpowiednie właściwości przewodzenia ciepła można znaleźć w podręcznikach chemicznych, które podsumowują wyniki eksperymentalnego przewodnictwa przeprowadzonego na tych materiałach..

Przewodnictwo cieplne

Przewodnictwo to przenoszenie ciepła, które zachodzi między dwiema warstwami tego samego materiału lub między powierzchniami stykającymi się z dwoma materiałami, które nie wymieniają materii.

W tym przypadku przenoszenie ciepła w materiałach następuje dzięki szokom molekularnym, które występują między warstwami lub powierzchniami..

Szoki molekularne umożliwiają wymianę energii wewnętrznej i kinetycznej między atomami materiału.

W ten sposób warstwa lub powierzchnia z atomami o wyższej energii wewnętrznej i kinetycznej przekazuje energię do warstw lub powierzchni o niższej energii, zwiększając tym samym ich temperaturę..

Różne materiały mają różne struktury molekularne, co powoduje, że nie wszystkie materiały mają taką samą zdolność przewodzenia ciepła.

Przewodność cieplna

Aby wyrazić zdolność materiału lub płynu do przewodzenia ciepła, używana jest właściwość fizyczna „przewodnictwo cieplne”, która jest zwykle oznaczana literą k.

Przewodność cieplna to właściwość, którą należy określić eksperymentalnie. Eksperymentalne oszacowania przewodności cieplnej materiałów stałych są stosunkowo proste, ale proces jest złożony w przypadku ciał stałych i gazów..

Przewodność cieplną materiałów i płynów podano dla ilości materiału o powierzchni przepływu 1 stopy kwadratowej i grubości 1 stopy przez jedną godzinę przy różnicy temperatur 1 ° K.

Materiały przewodzące ciepło

Chociaż teoretycznie wszystkie materiały mogą przenosić ciepło, niektóre mają lepsze przewodnictwo niż inne.

W naturze istnieją materiały, takie jak miedź czy aluminium, które są dobrymi przewodnikami ciepła, jednak nauki o materiałach, nanotechnologia i inżynieria pozwoliły na stworzenie nowych materiałów o dobrych właściwościach przewodzenia..

Podczas gdy materiał przewodzący ciepło, taki jak miedź, występujący w naturze, ma przewodność cieplną 401 W / km, doniesiono o nanorurkach węglowych wytwarzanych z przewodnością cieplną bliską 6600 W / km..

Wartości przewodnictwa cieplnego dla różnych materiałów można znaleźć w poniższej tabeli:

Bibliografia

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Niezwykle wysoka przewodność cieplna nanorurek węglowych. Listy przeglądów fizycznych. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. i in. Alternatywne kryterium optymalizacji wymiany ciepła. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. i in. 2010. Przewodnictwo cieplne materiałów. Sympozjum Metrologiczne.
4. Kaufman W. C. Bothe D. Meyer S.D. Możliwości izolacji termicznej materiałów odzieżowych Qutdoor. Nauka. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Procesy wymiany ciepła. Mcgraw hill.
6. Merabia S. i in. Przenikanie ciepła z nanocząstek: odpowiednia analiza stanu. Materiały z National Academy of Sciences w Stanach Zjednoczonych Ameryki. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. B. Jaya Krishna D. Badania materiałów do magazynowania ciepła utajonego do zastosowań związanych z wodą słoneczną i ogrzewaniem pomieszczeń. Journal of Energy Storage. 2017; 12: 243-260.