9 ТОПЛОПРОВОДНИЦИ И ТЕХНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ - НАУКА - 2025

На проводници на топлина са материали, чиято структура е такава, че топлина може да премине през тях лесно. Трябва да се помни, че цялата материя е съставена от атоми и молекули при постоянно вибрационно движение и топлината се превръща в по-голямо разбъркване на тези частици.

Някои материали провеждат топлина по-добре от други, тъй като тяхната вътрешна конфигурация улеснява този енергиен поток. Дървесината например не е добър проводник на топлина, защото отнема много време, за да се нагрее. Но от друга страна, желязо, мед и други метали са, което означава, че техните частици придобиват кинетична енергия много бързо.

Термичната грес, използвана в компютърните чипове, е добър проводник на топлина, но не и на електричество. Източник: Wikimedia Commons.

Ето защо металите са любимите за приготвяне на кухненски прибори, като тенджери и тигани. Те се загряват бързо и достигат достатъчно висока температура, за да може храната да се готви правилно.

Дръжките и дръжките, които обаче са в контакт с ръцете на потребителя, са направени от други топлоизолационни материали. По този начин тиганите са лесни за работа дори когато са горещи.

Видове проводници

В зависимост от начина на провеждане на топлината, материалите се класифицират в:

- Топлопроводници: диамант и метали като мед, желязо, цинк и алуминий, наред с други. Обикновено добрите проводници на електричество също са добри проводници на топлина.

- Топлоизолатори: дърво, гума, фибростъкло, пластмаса, хартия, вълна, аниме, корк, полимери са добри примери. Газовете също не са добри проводници.

Топлопроводимост на материалите

Свойството, което присъщо характеризира начина, по който всеки от тях провежда топлина, се нарича топлопроводимост. Колкото по-висока е топлопроводимостта на дадено вещество, толкова по-добре то пренася топлината.

Топлопроводимостта на веществата се определя експериментално. В Международната система от единици SI топлопроводимостта се измерва във ват / (метър х келвин) или W / (mK). Тя се тълкува по следния начин:

Друга единица за топлопроводимост, използвана в англосаксонските страни, е BTUH / (ft.ºF), където BTUH означава Британска топлинна единица на час.

Топлината тече през твърдото вещество, когато има разлика в температурата между неговите краища. Източник: Wikimedia Commons.

Стойности на топлопроводимост

По-долу са показани топлопроводимостта на някои елементи и материали, намиращи се в природата и които често се използват в промишлеността.

Трябва да се отбележи обаче, че все още има експериментални синтетични съединения, чиято топлопроводимост далеч надвишава тази на диаманта, който оглавява таблицата.

Температурата е определяща за стойността на топлопроводимостта на металите. С увеличаването на температурата се увеличава и топлинната проводимост (въпреки че електрическата проводимост намалява). За неметалите топлопроводимостта е приблизително постоянна в широк температурен диапазон.

Стойностите в таблицата са посочени при 25 ° C и 1 атмосферно налягане.

При избора на материал за неговите топлинни свойства е необходимо да се вземе предвид, че той се разширява с топлина. Този капацитет се дава от коефициента на топлинно разширение.

Основни топлопроводи

диамант

Diamond е най-добрият топлопроводник в природата. Източник: Робърт Лавински чрез Wikimedia Commons.

Той е най-добрият топлопроводник при стайна температура, много по-добър от мед и всеки друг метал. В диаманта, който е електрически изолатор, топлината не тече през електрони на проводимост, а чрез разпространение на вибрации в неговата силно организирана кристална структура. Тези вибрации се наричат ​​фонони.

Освен това има нисък коефициент на топлинно разширение, което означава, че размерите му ще останат близки до първоначалните при нагряване. Когато се изисква добър топлопроводник, който не провежда електричество, диамантът е най-добрият вариант.

В резултат на това се използва широко за отстраняване на топлината, произведена от вериги в компютри и други електронни устройства. Но има основен недостатък: той е изключително скъп. Въпреки че има синтетични диаманти, те не са лесни за изработка и освен това са скъпи.

сребърен

Сребърни монети

Това е високо ценен метал за орнаментиране поради своя блясък, цвят и ковност. Той е устойчив на окисляване и сред всички метали е този с най-висока топлопроводимост, както и отлична електрическа проводимост.

Поради тази причина той има множество приложения в промишлеността, както самостоятелно, така и в сплави с други елементи, като никел и паладий.

С чисто сребро, печатни схеми се правят високотемпературни свръхпроводящи кабели и проводници, използвани в електрониката, са покрити, в допълнение към това, че се използват в сплав за осъществяване на електрически контакти.

Недостатъкът е, че е сравнително оскъден и следователно скъп, но уникалната комбинация от физически свойства за тези приложения го прави отлична алтернатива, тъй като е много гъвкава и с него се получават проводници с добра дължина.

мед

Медни проводници

Той е един от най-използваните метали, когато се изисква добра топлопроводимост, тъй като не корозира лесно и точката му на топене е доста висока, което означава, че няма да се стопи лесно при излагане на топлина.

Други предимства, които има, е нейната пластичност, освен че не е магнитна. Медта е рециклируема и е много по-евтина от среброто. Коефициентът му на топлинно разширение обаче е висок, което означава, че размерите му се променят значително при нагряване.

Поради добрите си топлинни свойства, той се използва широко в кухненски съдове, като например медни съдове, покрити със стомана. Също така за производство на топлообменници в резервоари за гореща вода, в системи за централно отопление, радиатори на автомобили и за разсейване на топлина в електронни устройства.

злато

Праиспанска златна маска

Той е перфектният скъпоценен метал и заема преобладаващо място в историята на човечеството. Освен този специален смисъл, златото е ковък, устойчив и отличен проводник на топлина и електричество.

Тъй като златото не корозира, то се използва за пренасяне на малки токове в твърди електронни компоненти. Тези токове са толкова малки, че могат да бъдат прекъснати лесно при най-малкия признак на корозия, поради което златото гарантира надеждни електронни компоненти.

Използва се и за производство на конектори за слушалки, контакти, релета и в пач кабели. Устройства като смартфони, калкулатори, лаптопи и настолни компютри и телевизори съдържат малки количества злато.

Специалните очила за помещения за климатизация също съдържат разпръснато злато по такъв начин, че помагат да се отразява слънчевата радиация навън, запазвайки свежестта вътре, когато е много горещо. По същия начин те помагат да се поддържа вътрешната топлина в сградата, когато е зима.

литий

Литиево-йонна батерия. Автор: Г-н ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * фотографски ден, август 2005 г. * човек с фотография Aney. Източник: Wikimedia Commons.

Той е най-лекият от всички метали, макар и много реактивен, така че корозира лесно. Освен това трябва да боравите с него с голяма предпазливост, тъй като е силно запалим. Поради това, макар да е в изобилие, той не се намира в свободно състояние, а в съединения, поради което трябва да се изолира най-общо чрез електролитични методи.

Неговата топлопроводимост е подобна на тази на златото, но е много по-евтина от тази. Литиевият карбонат е съединение, използвано при производството на термоустойчиво стъкло и керамика.

Друга широко разпространена употреба на литий е производството на дълготрайни, леки батерии, за които литиев хлорид се използва за извличане на метален литий. Добавено при обработката на алуминий, той увеличава неговата електропроводимост и понижава работните температури.

алуминий

Алуминиева метална кофа. Източник: Carsten Niehaus

Този лек, евтин, високоустойчив и лесен за работа метал е един от основните материали, използвани за направата на топлообменници в климатични съоръжения като климатици и нагреватели.

Както вътрешно, така и индустриално, алуминиевите прибори се използват широко в кухните по целия свят.

Алуминиевите прибори като тенджери, тигани и листове за печене са изключително ефективни. Те не променят аромата на храната и позволяват на топлината да се разпространява бързо и равномерно при готвене.

Независимо от това, алуминиевите съдове и тигани са изместени от неръждаема стомана, което не е толкова добър топлопроводник. Това е така, защото неръждаемата стомана не реагира с по-силни киселини, като доматен сос например.

Ето защо е за предпочитане да се правят доматени сосове в стоманени съдове, за да се предотврати навлизането на алуминий в храната, тъй като някои от тях са свързвали алуминия - присъстващ в антиациди, талкове, дезодоранти и много други продукти - с появата на дегенеративни заболявания, т.е. въпреки че повечето експерти, както и FDA, отхвърлят тази хипотеза.

Алуминиева тенджера на преден план. Източник: Pixabay

Съдовете, направени от анодизиран алуминий, нямат риск от отделяне на алуминиеви частици и по принцип могат да се използват с по-голяма безопасност.

бронз

Бронзът на тези древни камбани демонстрира полезността на металите за декоративни или религиозни цели. Източник: Pxhere.

Бронзът е сплав на мед и калай предимно с други метали в по-малка степен. Той присъства от древни времена в историята на човечеството.

Толкова е важно, че един период на Праисторията дори е наречен като бронзова епоха, времето, когато хората са открили и започнали да използват свойствата на тази сплав.

Бронзът е устойчив на корозия и лесен за работа. Първоначално е използван за направата на различни прибори, инструменти, бижута, предмети на изкуството (скулптури например) и оръжия, както и за коване на монети. Днес тя все още се използва за изработка на тръби, механични части и музикални инструменти.

цинк

Гледайте стъкло с цинков оксид. Източник: Адам Рендзиковски

Това е много ковък и пластичен синкаво-бял метал, лесен за работа, макар и с ниска точка на топене. Известен е от древни времена, използва се главно в сплави.

В момента се използва за поцинковане на стомана и по този начин я предпазва от корозия. Също така за производство на батерии, пигменти и производство на специални цинкови листове за строителната индустрия.

Желязо

Железни филъри на магнит. Източник: Aney чрез Commons Wikimedia.

Желязото е друг метал с голямо историческо значение. Подобно на бронза, желязото е свързано с етап от праисторията, в който са настъпили големи технологични постижения: желязната епоха.

Днес чугунът продължава да има много приложения за изработка на инструменти, прибори, в строителството и като материал за производството на автомобилни части.

Желязото е много добър проводник на топлина, както видяхме. Железните предмети разпределят топлината много добре и я запазват за дълго време. Той също така има висока точка на топене, което го прави устойчив на високи температури, следователно полезността му при производството на всички видове пещи, както промишлени, така и битови.

Препратки

1. СК-12. Топлопроводници и изолатори. Възстановено от: ck12.org.
2. Мед: Свойства и приложения. Възстановено от: copperalliance.org.
3. Effunda. Свойства на общи твърди материали. Възстановени от efunda.com
4. Хил, D. Термични свойства на чугуна. Възстановена от: ehow.com.
5. Кинг, Х. Многобройните употреби на златото. Възстановено от: geology.com.
6. Литиево. Възстановено от: gob.mx.
7. Повторна творческа физика. Предаване на топлина. Възстановено от: fisicarecreativa.com.
8. Wikipedia. Списък на топлопроводимостта. Възстановено от: es.wikipedia.org.