Ce sunt materialele conductoare de căldură?

materiale conductoare la căldură sunt cele care permit căldura să se transfere eficient între o suprafață (sau un lichid) cu temperatură ridicată și alta cu o temperatură mai scăzută.

Materialele conductoare de căldură sunt utilizate în diferite aplicații inginerești. Printre cele mai importante aplicații se numără construcția de echipamente de răcire, echipamente de disipare a căldurii și, în general, orice echipament care necesită schimb de căldură în procesele sale..

Acele materiale care nu sunt bune conductoare de căldură sunt cunoscute sub numele de izolatori. Printre cele mai utilizate materiale izolante se numără pluta și lemnul.

Este obișnuit ca materialele care conduc bine căldura să fie, de asemenea, bune conductoare de electricitate. Câteva exemple de materiale conductoare bune pentru căldură și electricitate sunt aluminiu, cupru și argint, printre altele..

Diferite materiale și proprietățile lor respective de conducere a căldurii pot fi găsite în manualele de chimie care rezumă rezultatele experimentale de conducere efectuate pe aceste materiale..

Conducerea căldurii

Conducerea este transferul de căldură care are loc între două straturi ale aceluiași material sau între suprafețe în contact a două materiale care nu schimbă materia.

În acest caz, transferul de căldură din materiale are loc datorită șocurilor moleculare care apar între straturi sau suprafețe..

Șocurile moleculare permit schimbul de energie internă și cinetică între atomii materialului.

Astfel, stratul sau suprafața cu atomi de energie internă și cinetică mai mare transferă energia către straturile sau suprafețele cu energie mai mică, crescând astfel temperatura acestora..

Diferite materiale au structuri moleculare diferite, ceea ce face ca nu toate materialele să aibă aceeași capacitate de a conduce căldura.

Conductivitate termică

Pentru a exprima capacitatea unui material sau fluid de a conduce căldura, se utilizează proprietatea fizică „conductivitate termică”, care este de obicei reprezentată de literă k.

Conductivitatea termică este o proprietate care trebuie găsită experimental. Estimările experimentale ale conductivității termice pentru materialele solide sunt relativ simple, dar procesul este complex pentru solide și gaze..

Conductivitatea termică pentru materiale și fluide este raportată pentru o cantitate de material cu o suprafață de curgere de 1 picior pătrat, o grosime de 1 picior, timp de o oră la o diferență de temperatură de 1 ° K.

Materiale conductoare la căldură

Deși în teorie toate materialele pot transfera căldură, unele au o conducție mai bună decât altele.

În natură există materiale precum cuprul sau aluminiul care sunt buni conductori ai căldurii, cu toate acestea știința materialelor, nanotehnologia și ingineria au permis crearea de materiale noi cu proprietăți bune de conducere..

În timp ce un material conductor de căldură, cum ar fi cuprul, găsit în natură, are o conductivitate termică de 401 W / Km, au fost raportate nanotuburi de carbon fabricate cu conductivități termice apropiate de 6600 W / Km..

Valorile conductivității termice pentru diverse materiale pot fi văzute în următorul tabel:

Referințe

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Conductivitate termică neobișnuită a nanotuburilor de carbon. Scrisori de recenzii fizice. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. și colab. Un criteriu alternativ în optimizarea transferului de căldură. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. și colab. 2010. Conductivitatea termică a materialelor. Simpozion de metrologie.
4. Kaufman W. C. Bothe D. Meyer S.D. Capacități de izolare termică a materialelor de îmbrăcăminte Qutdoor. Ştiinţă. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Procese de transfer termic. Dealul Mcgraw.
6. Merabia S. și colab. Transferul de căldură din nanoparticule: o analiză a stării corespunzătoare. Lucrările Academiei Naționale de Științe din Statele Unite ale Americii. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. B. Jaya Krishna D. Investigații asupra materialelor latente de stocare a căldurii pentru aplicații solare de apă și încălzire a spațiului. Jurnal de stocare a energiei. 2017; 12: 243-260.