9 ТОПЛОТНИ ПРОВОДНИЦИ И ЊИХОВЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ - НАУКА - 2025

У проводници топлоте су материјали чија структура је таква да топлота може лако да прође кроз њих. Морамо имати на уму да је сва материја састављена од атома и молекула у сталном вибрацијском кретању и да топлота претвара у веће узнемирење ових честица.

Неки материјали проводе топлоту боље од других, јер њихова унутрашња конфигурација олакшава тај проток енергије. Дрво, на пример, није добар проводник топлоте јер је потребно дуго времена да се загреје. Али са друге стране су гвожђе, бакар и други метали, што значи да њихове честице врло брзо добијају кинетичку енергију.

Термичка маст која се користи у рачунарским чиповима је добар проводник топлоте, али не и електричне енергије. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Због тога су метали фаворити за израду кухињског прибора, попут лонаца и лонаца. Брзо се загревају и достижу довољно високе температуре да се храна правилно скува.

Међутим, ручке и ручке које су у контакту са рукама корисника направљене су од других топлотноизолационих материјала. На овај начин су таве лако руковати чак и када су вруће.

Врсте проводника

У зависности од начина извођења топлоте, материјали се класификују у:

- Термички проводници : дијаманти и метали, попут бакра, гвожђа, цинка и алуминијума, између осталог. Обично су добри проводници електричне енергије такође добри проводници топлоте.

- Термички изолатори : дрво, гума, фиберглас, пластика, папир, вуна, аниме, плута, полимери су добри примери. Гасови нису ни добри проводници.

Топлотна проводљивост материјала

Својство које својствено карактерише начин на који сваки од њих води топлоту назива се топлотном проводљивошћу. Што је већа топлотна проводљивост неке материје, она боље проводи топлоту.

Топлотна проводљивост супстанци одређује се експериментално. У СИ међународном систему јединица, топлотна проводљивост се мери у Ватт / (метар к келвин) или В / (мК). Он се тумачи на следећи начин:

Друга јединица за топлотну проводљивост која се користи у англосаксонским земљама је БТУХ / (фт.ºФ), где БТУХ означава британску топлотну јединицу на сат.

Топлина тече кроз чврсту супстанцу када постоји разлика у температури између њених крајева. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Вриједности топлотне проводљивости

Испод су топлотне проводљивости неких елемената и материјала који се налазе у природи и који се често користе у индустрији.

Међутим, треба напоменути да постоје синтетичка једињења, још увек у експерименталној фази, чија топлотна проводљивост далеко превазилази ону дијаманта, која је на челу табеле.

Температура је пресудна у вредности топлотне проводљивости метала. Како температура расте, повећава се и топлотна проводљивост (иако се електрична проводљивост смањује). За неметале је топлотна проводљивост приближно константна у широком температурном опсегу.

Вриједности у табели су наведене на 25 ° Ц и 1 атмосферском притиску.

Приликом одабира материјала за његова термичка својства потребно је узети у обзир да се он шири топлином. Овај капацитет је дат коефицијентом топлотне експанзије.

Главни проводници топлоте

Дијамант

Дијамант је најбољи термички проводник у природи. Извор: Роберт Лавински преко Викимедиа Цоммонс.

Најбољи је топлотни проводник на собној температури, много бољи од бакра и било ког другог метала. У дијаманту, који је електрични изолатор, топлота не тече електроном проводљивости, већ ширењем вибрација у својој високо организованој кристалној структури. Ове вибрације се називају фонони.

Такође има низак коефицијент топлотног ширења, што значи да ће његове димензије остати близу оригиналним када се загреју. Када је потребан добар проводник топлине који не проводи електричну енергију, дијамант је најбоља опција.

Као резултат тога, широко се користи за уклањање топлоте произведене у склоповима рачунара и других електронских уређаја. Али има и главни недостатак: изузетно је скуп. Иако постоје синтетички дијаманти, није их лако направити, а скупи су.

Сребро

Сребрни новчићи

То је врло цењен метал за украшавање због сјаја, боје и ковљивости. Отпоран је на оксидацију, а међу свим металима је и онај са највећом топлотном проводљивошћу, као и одличном електричном проводљивошћу.

Из тог разлога има вишеструку примену у индустрији, самостално и у легурама са другим елементима као што су никл и паладијум.

Од чистог сребра, штампаних кола, израђени су високотемпературни суперпреводни каблови и обложени проводници који се користе у електроници, осим што се користе у легури за прављење електричних контаката.

Недостатак је што је релативно оскудан, а самим тим и скуп, али јединствена комбинација физичких својстава за ове примене чини га одличном алтернативом, јер је веома флексибилан и са њим се добијају проводници добре дужине.

Бакар

Бакрене жице

То је један од најчешће коришћених метала када је потребна добра топлотна проводљивост, јер се не кородише лако и талиште му је прилично велико, што значи да се неће растопити лако ако је изложен топлоти.

Остале предности је његова дуктилност, осим што није магнетна. Бакар се може рециклирати и много је јефтинији од сребра. Међутим, коефицијент топлотног ширења му је висок, што значи да се његове димензије знатно мењају када се загреју.

Због добрих топлотних својстава, широко се користи у кухињским прибором, на пример, бакарне посуде прекривене челиком. Такође за производњу измењивача топлоте у резервоарима за топлу воду, у системима централног грејања, радијаторима аутомобила и за расипање топлоте у електронским уређајима.

Злато

Прехиспанска златна маска

То је племенити метал племенитости и заузима преовлађујуће место у историји човечанства. Поред овог посебног значења, злато је пробирљиво, отпорно и одличан проводник топлоте и електричне енергије.

Пошто се злато не кородира, користи се за пренос малих струја у чврстим електронским компонентама. Ове струје су толико мале да се могу лако прекинути при најмањем знаку корозије, због чега злато гарантује поуздане електронске компоненте.

Такође се користи за производњу конектора за слушалице, контакте, релеје и закрпне каблове. Уређаји попут паметних телефона, калкулатора, лаптоп рачунара и рачунара и телевизора садрже мале количине злата.

Специјалне чаше за клима-уређаје такође садрже распршено злато на такав начин да помажу да се одрази сунчево зрачење напољу, одржавајући свежину унутра кад је веома вруће. На исти начин помажу у одржавању унутрашње топлоте у згради када је зима.

Литијум

Литијум јонска батерија. Аутор: Господин ち ゅ ら さ ​​ん. Литхиум_Баттери * фотографијски дан, август, 2005. * особа са фотографије Анеи. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Најлакши је од свих метала, иако врло реактиван, тако да лако кородира. Такође треба да поступате са њим веома опрезно, јер је врло запаљив. Због тога, иако га има у изобиљу, не налази се у слободном стању, већ у једињењима, због чега га мора генерално изоловати електролитичким методама.

Његова топлотна проводљивост је слична оној у злату, али је много јефтинија од ове. Литијум-карбонат је једињење које се користи у производњи стакла и керамике отпорне на топлоту.

Друга широка употреба литијума је производња дуготрајних, лаких батерија, за које се литијум-хлорид користи за екстракцију металног литијума. Додан у преради алуминијума, он повећава његову електричну проводљивост и снижава радне температуре.

Алуминијум

Кашика од алуминијума. Извор: Царстен Ниехаус

Овај лаган, јефтин, врло отпоран и лак за рад метал је један од главних материјала који се користе за израду измјењивача топлине у климатизацијској опреми, попут клима уређаја и гријача.

Како у земљи тако и у индустрији, алуминијумски прибор се увелико користи у кухињама широм света.

Алуминијумски прибор као што су лонци, таве и лим за печење су изузетно ефикасни. Не мењају укус хране и дозвољавају да се топлота брзо и равномерно шири током кувања.

Без обзира на то, алуминијумске посуде и таве су замењене од нехрђајућег челика, што није тако добар проводник топлоте. То је зато што нерђајући челик не реагује са јачим киселинама, као што је сос од парадајза.

Због тога је пожељније направити сос од парадајза у челичним прибором, да спречите унос алуминија у храну, јер су неки повезали алуминијум - присутан у антацидима, талкима, дезодорансима и многим другим производима - са појавом дегенеративних болести, иако већина стручњака, као и ФДА, одбацују ову хипотезу.

Алуминијумски тањир у првом плану. Извор: Пикабаи.

Посуђе од елоксираног алуминијума нема ризик од испуштања честица алуминијума и у начелу се може користити са већом сигурношћу.

Бронза

Бронза ових древних звона показује корисност метала у украсне или верске сврхе. Извор: Пкхере.

Брон је легура бакра и коситра, углавном са осталим металима. Присутан је од давних времена у историји човечанства.

Толико је важно да је једно раздобље праисторије чак названо и бронзано доба, вријеме када су људи откривали и почели да користе својства ове легуре.

Брон је отпоран на корозију и лако се обрађује. У почетку се користила за прављење разних помагала, алата, накита, уметничких предмета (на пример скулптуре) и оружја, као и за ковање кованица. Данас се још увек користи за израду цеви, механичких делова и музичких инструмената.

Цинк

Гледајте чашу са цинковим оксидом. Извор: Адам Редзиковски

То је врло пробирљив и пластичан плавкасто-бели метал, лако се обрађује, иако са ниском тачком топљења. Позната је од давнина, углавном се користи у легурама.

Тренутно се користи за поцинчавање челика и на тај начин га штити од корозије. Такође за производњу батерија, пигмената и израду специјалних лимова од цинка за грађевинску индустрију.

Гвожђе

Гвоздени подлошци на магнету. Извор: Анеи преко Цоммонс Викимедиа.

Гвожђе је још један метал са великим историјским значајем. Попут бронце, и гвожђе је повезано са праповијести у којој је дошло до великог технолошког напретка: жељезно доба.

Данас ливено гвожђе и даље има бројне примене за израду алата, прибора, у грађевинарству и као материјала за производњу аутомобилских делова.

Гвожђе је врло добар проводник топлоте, као што смо видели. Жељезни предмети јако добро дистрибуирају топлоту и чувају је дуго. Такође има високу тачку топљења, што га чини отпорним на високе температуре, отуда и његова употребљивост у производњи свих врста пећи, индустријских и кућних.

Референце

1. ЦК-12. Термички проводници и изолатори. Опоравак од: цк12.орг.
2. Бакар: Својства и апликације. Опоравак од: цоппераллианце.орг.
3. Еффунда. Својства заједничких чврстих материјала. Опоравак са ефунда.цом
4. Хилл, Д. Термичка својства лива. Опоравак од: ехов.цом.
5. Кинг, Х. Многе употребе злата. Опоравак од: геологи.цом.
6. Литијум. Опоравак од: гоб.мк.
7. Ре-креативна физика. Пренос топлоте. Опоравак од: фисицарецреатива.цом.
8. Википедиа. Листа топлотних проводљивости. Опоравак од: ес.википедиа.орг.