a hővezető képesség olyan anyagokat méri, amelyek lehetővé teszik, hogy a hő vezetőképesség útján áthaladjon rajta. Az anyag, például a fém hővezető képessége nagymértékben függ az összetételtől és a szerkezettől.
A fémekről általában ismert, hogy rendkívül hatékony hővezetők.
Ez a cikk feltárja a hőátadás mechanizmusait, mi teszi a fémeket ideális hővezetővé, valamint a közönséges Fémek használatát & ötvözetek.
A hővezető képesség fontossága a mindennapi életben
1.kép. A
1.kép. B
1. kép. Az A és B a konyhai felszerelések felhasználásával a konyhában lévő személyek vizuális illusztrációit mutatja be.
szakács része a mindennapi élet a legtöbb ember számára. Ezért a szakácskészülékeket úgy tervezték, hogy a maximális biztonságot és hatékonyságot biztosítsák. Ez megköveteli a termikus fizika megértését. Nem véletlen, hogy a kenyérpirító fűtőeleme jellemzően nikrómhuzalból készül, a keverőkanál általában fából készült, és a sütőkesztyűk anyagszerkezete soha nem tartalmaz fémvegyületet.
hőmérséklet meghatározása & hővezetés
szükséges felidézni a hőmérséklet meghatározását, hogy matematikailag megértsük a hővezetést.
A T működési meghatározása:
a hőmérséklet Működési meghatározása a hőmérővel mért érték, amely egyszerűen méri a higany térfogatának növekedését.
2.kép. Két Celsius-fokos hőmérő és Fahrenheit-egység szemléltetése
a T fizikai definíciója:
a termikus fizikában a hőmérséklet és a hővezetés a molekulák mozgásának tanulmányozásával értendő.
Schroeder, a “bevezetés a termikus fizikába” szerzője matematikailag a hőmérsékletet írja le:
ahol:
S=entrópia,
U=energia,
N=részecskék száma,
V=A rendszer térfogata (Schroeder, 2007).
ezért egy rendszer hőmérséklete az entrópiától és az energiától függ, amikor a részecskék száma és a rendszer térfogata állandó.
Schroeder szavakban kijelenti: “a hőmérséklet az objektum hajlamos arra, hogy spontán módon feladja az energiát a környezetének. Amikor két tárgy termikus érintkezésben van, az, amely spontán módon elveszíti az energiát, magasabb hőmérsékleten van” (Schroeder, 2007). Ennek oka az, hogy a két érintkező tárgy megpróbálja elérni a termikus egyensúlyt; ugyanaz a hőmérséklet lesz.
a hőmérséklet és a hővezetés mikroszkopikus szinten történő megjelenítéséhez az alábbi 1 A és B ábrát mutatjuk be. Képzeld el, hogy egy ismeretlen a és B objektum fizikai kapcsolatban áll egymással. Az A objektum hőmérséklete magasabb, mint a B objektumé. mi fog történni a hőmérséklettel egy idő alatt?
1.ábra. A
1.ábra.B
1. ábra.Az A két ismeretlen tárgyat ábrázol, amelyek fizikai kapcsolatban állnak egymással, és az 1.ábra.B megjeleníti a tárgyak molekuláit.
At t0, TA > TB
At t1, TA > TB
At tn, TA = TB
At t0, ŝA > ŝB
At t1, ŝA > ŝB
At tn, ŝA > ŝB
Given that tn: a point in time, TA: temperature of object A, TB: temperature of object B, ŝA: average speed of A particle, ŝB: average speed of B particle.
T0-nál az A objektum atomjai gyorsabb sebességgel mozognak, a B objektum atomjai pedig lassabb sebességgel mozognak (TA TB). Idővel az A objektum feladja az energiát, a B objektum pedig addig nyer energiát, amíg az azonos hőmérséklet (TA = TB) nem éri el a termikus egyensúlyt. Ez a molekuláris szinten leírt hővezetés. A legközelebbi atomok objektum Egy nekiment atomok tárgy B. Az atomok objektum B ez volt az első interakció atomok objektum Egy botlik több atomok objektum B, amíg az energia át minden atom tárgy B.
Schroeder meghatározza Termikus Vezetési, mint a “transfer a hő által molekuláris kapcsolatot: gyorsan mozgó molekulák botlik lassan mozgó molekulák, feladni az energia, a folyamat” (Schroeder, 2007).
Fémek hőátadási módjai
értékes a hőátadás három módjának felidézése; gázok/folyadékok konvekciója, üres térrel elválasztott tárgyak sugárzása és közvetlen érintkezésben lévő tárgyak vezetése.
a hővezetést három kategóriába is sorolják: molekuláris ütközések gáz – / folyadékformákhoz, rácsos rezgések szilárd anyagokhoz és fémvezetési elektronok esetében a 2. ábrán látható módon. lent.
2.ábra. A hőátadás módjai.
a fémek hővezetése magában foglalja a molekuláris ütközéseket + a gázállapotú Fémek vezetési elektronjait,valamint a rácsos rezgéseket + a szilárd állapotban lévő fémek elektronjait. A vezetési elektronok lényegében az, ami a fémet hihetetlen vezetővé teszi. Mielőtt elmagyarázná, mi a vezetési elektron valójában, elengedhetetlen felidézni a fém meghatározását.
Fémek meghatározása
minden elem megtalálható a periódusos rendszerben, beleértve a fémeket, a nemfémeket és a Metalloidokat is. A fémeket úgy definiálják, mint “olyan elemeket, amelyek pozitív ionokat képeznek azáltal, hogy elektronokat veszítenek a kémiai reakciók során” (Blaber, 2015).
3. ábra. Periódusos rendszer, amely az összes elemet fémekre, nemfémekre és Metalloidokra csoportosítja.
1.táblázat. A fémek tipikus fizikai tulajdonságainak listája.
Szilárd szobahőmérsékleten
Kemény
Nagy sűrűségű
Magas olvadáspontja
Magas Forráspontú
Képlékeny
Gömbgrafitos
Ragyogó
Miből Fémek Jó Termikus Vezetők?
ami a fémet jó hővezetővé teszi, a szabadon áramló vezetési elektronok.
4.ábra. Egy fémblokk, ami felmelegíti az atomokat és a szabadon áramló elektronokat.
a fématomok vegyértékű elektronokat bocsátanak ki, amikor nem fématomokkal kémiailag reagálnak, például oxidokat és sókat képeznek. Így a fémionok vizes oldatban kationok. Ami a fémeket és fémötvözeteket jó vezetőkké teszi, az a speciális fémkötés. A fém szilárd anyagokban a ragasztott atomok megosztják valenciaelektronjaikat, szabadon mozgó vezetési elektronok tengerét képezve, amelyek mind a hőt, mind az elektromos töltést hordozzák. Így, ellentétben pl. az elektronok a kovalens kötés, a valence elektronok a fém szabadon átáramlik a fém latices, hatékonyan végző hőt anélkül, hogy be van zárva, hogy az egyén atommag.
a hővezető érték (K)
hővezető képesség (K) matematikai modellezése méri az entitás hővezető képességét (Q).
magas K érték: Nagy hővezető képesség
4.ábra. A hővezető egyenletű anyaglap.
adott:
k = hővezető (W/m•K),
ΔQ = energiaátvitel (Joules/second), Δt = időváltozás (másodperc), ΔT = hőmérséklet gradiens (K),
a = hővezető képesség(m2) területe,
Δx = anyag vastagsága.
fémek és ötvözetek hővezetési értékei
az alábbi táblázatok a fémek és ötvözetek szobahőmérsékleten történő kiválasztásának hővezetőképességét mutatják.
2. táblázat. A fémek tipikus fizikai tulajdonságainak listája.
| Metals | Thermal Conductivity at Room Temperature (W/m•K) |
|---|---|
| Aluminum | 226 |
| Aluminum alloy (Al Mg 2.5-5.0) | 125 |
| Carbon Steel | 71 |
| Magnesium | 151 |
| Brass (Yellow) | 117 |
| Bronze (Aluminum) | 71 |
| Copper | 397 |
| Iron | 72 |
| Stainless steel (446) | 23 |
| Steel alloy 8620 (cast) | 46 |
| Steel carbon type 1020 (0.2 – 0.6 c) | 71 |
| Tungsten | 197 |
| Lead | 34 |
| Nickel | 88 |
| Steel carbon type 1020 (0.2 – 0.6 c) | 71 |
| Zinc | 112 |
| Titanium | 21 |
| Tin | 62 |
Note: Copper and Aluminum have the highest thermal conductivity value (k). Check our material database.
Használja a Közös Fémek & Ötvözetek a fenti táblázat
Fémek, ötvözetek (anyagokból készült egy összeállítás a fémek) használ, mint építőanyag a különböző iparágakban, mint például az elektronika, gépipar, laboratóriumi berendezések, orvosi készülékek, házi tartsa a termékek, mind az építőipar.
a fémek legnagyobb hővezető képessége ezüst (-429 W / m•k), réz (-398 W / m•k) és arany (-315 W / m * K).
A fémek nagyon fontosak az elektronika gyártásában, mivel jó villamosvezetők. A réz -, alumínium -, ón -, ólom -, magnézium-és műanyag alkatrészeket gyakran használják telefonok, laptopok, számítógépek és Autóelektronika alkatrészeinek gyártásához. A réz költséghatékony, elektromos vezetékekhez használják. Az ólmot kábelbevezetéshez és akkumulátorok készítéséhez használják. Az ónt forraszanyagok készítésére használják. A magnéziumötvözeteket új technológia gyártásában használják, mivel könnyű. A műanyagot olyan elektronikai alkatrészek gyártására használják, amelyek nem vezethetnek villamos energiát, a titánt pedig műanyag előállítására használják.
A fémek szintén fontosak a mérnöki iparban. Az alumíniumot gyakran használják az autóipar gyártásában & sík alkatrészek és ötvözetként használják, mivel tiszta formája gyenge. Az autóöntés cinkből készül. A vas, az acél és a nikkel az építőiparban és az infrastruktúrában használt közönséges Fémek. Az acél vas és szén (és gyakran más elemek) ötvözete. Az acél széntartalmának növelése szénacélt hoz létre, ami az anyagot erősebbé, de kevésbé gömbölyűvé teszi. A szénacélt gyakran használják építőanyagokban. A sárgaréz és a bronz (cinkkel és ónnal ötvözött réz) előnyös felületi súrlódási tulajdonságokkal rendelkezik, és a zárakhoz & zsanérok és ajtókeretek & ablakok.
végül hagyományosan a fluoreszkáló fény izzószálai volfrámból készülnek. Ezeket azonban fokozatosan megszüntetik, mivel a teljesítménynek csak körülbelül 5% – át alakítják fényforrássá egy ilyen fényforrásban, a többi energiát hővé alakítják. A Modern fényforrások gyakran LED technológián és félvezetőkön alapulnak.
összefoglalva, a fém hővezető képessége nagyon fontos bármilyen szerkezet tervezéséhez. Ez szerves része a biztonságnak, a hatékonyságnak és az iparágakon belüli új innovációknak. A vezető elektronok a fémek magas vezetőképességének mechanizmusa a nem fémekhez képest. A hővezetési érték (k) azonban a fémek között is nagyon eltérő lehet.
Schroeder, D. V. (2018). Bevezetés a termikus fizikába. India: Pearson India Oktatási Szolgáltatások.
anyagok Adatbázis-termikus tulajdonságok. (m. n.). https://thermtest.com/materials-database
alumíniumötvözetek 101. (2020, március 9). https://www.aluminum.org/resources/industry-standards/aluminum-alloys-101
Elert, G. (N.d.). Vezetés. https://physics.info/conduction/
Blaber, M. (2019, június 3). 9.2: fémek, nemfémek és azok ionjai. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map:_General_Chemistry_(Petrucci_et_al.) / 09: _The_Periodic_Table_and_Some_Atomic_properties / 9.2: _Metals_and_Nonmetals_and_their_ions
hővezető képesség. (m. n.). http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html
titán-dioxid műanyagokhoz. (m. n.). https://polymer-additives.specialchem.com/centers/titanium-dioxide-for-plastics-center
Sandhana, L., & Joseph, A. (2020, március 6). Mi a szénacél? https://www.wisegeek.com/what-is-carbon-steel.html
(n.d.). http://www.elementalmatter.info/element-aluminium.html
képek
1.kép.V: Mohamed, M. (2019). Szakácsnő . https://pxhere.com/en/photo/1584957.
kép 1.B: Mohamed, M. (2019). Szakács Főzés . https://pxhere.com/en/photo/1587003.
2. kép: Wikipedia. Hőmérő . https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Thermometer_CF.svg
szerző: Selen Yildir / Junior műszaki író / Thermtest