9 TEPELNÉ VODIČE A ICH VLASTNOSTI - VEDA - 2024

Tieto vykurovacie vodiče sú materiály, ktorých štruktúra je taká, že teplo môže ľahko prejsť cez ne. Je potrebné si uvedomiť, že všetka hmota sa skladá z atómov a molekúl v neustálom vibračnom pohybe a že teplo sa premieta do väčšieho premiešania týchto častíc.

Niektoré materiály vedú teplo lepšie ako iné, pretože ich vnútorná konfigurácia uľahčuje tento tok energie. Napríklad drevo nie je dobrým vodičom tepla, pretože zahrievanie trvá dlho. Na druhej strane sú to železo, meď a ďalšie kovy, čo znamená, že ich častice získavajú kinetickú energiu veľmi rýchlo.

Tepelné mazivo používané v počítačových čipoch je dobrým vodičom tepla, ale nie elektriny. Zdroj: Wikimedia Commons.

Preto sú kovy obľúbené pri príprave kuchynského riadu, ako sú hrnce a panvice. Rýchlo sa zahrievajú a dosahujú teploty dosť vysoké na to, aby sa jedlo správne varilo.

Rukoväte a rukoväte, ktoré sú v kontakte s rukami používateľa, sú však vyrobené z iných tepelne izolačných materiálov. Týmto spôsobom sa panvice ľahko ovládajú, aj keď sú horúce.

Druhy vodičov

V závislosti od spôsobu vedenia tepla sa materiály delia na:

- Tepelné vodiče : diamant a kovy, medzi inými meď, železo, zinok a hliník. Spravidla sú dobrými vodičmi elektriny tiež dobrými vodičmi tepla.

- Tepelné izolátory : drevo, guma, laminát, plast, papier, vlna, anime, korok, polyméry sú dobrými príkladmi. Plyny tiež nie sú dobrými vodičmi.

Tepelná vodivosť materiálov

Vlastnosť, ktorá prirodzene charakterizuje spôsob, akým každý z nich vedie teplo, sa nazýva tepelná vodivosť. Čím vyššia je tepelná vodivosť látky, tým lepšie vedie teplo.

Tepelná vodivosť látok sa stanoví experimentálne. V medzinárodnom systéme jednotiek SI sa meria tepelná vodivosť vo wattoch / (meter x kelvin) alebo W / (mK). Vykladá sa takto:

Ďalšou jednotkou tepelnej vodivosti používanou v anglosaských krajinách je BTUH / (ft.ºF), kde BTUH predstavuje Britskú tepelnú jednotku za hodinu.

Keď tu je rozdiel medzi jej koncami, teplo preteká pevnou látkou. Zdroj: Wikimedia Commons.

Hodnoty tepelnej vodivosti

Ďalej sú uvedené tepelné vodivosti niektorých prvkov a materiálov nachádzajúcich sa v prírode, ktoré sa často používajú v priemysle.

Malo by sa však poznamenať, že stále existujú experimentálne fázy syntetické zlúčeniny, ktorých tepelná vodivosť ďaleko prevyšuje tepelnú vodivosť diamantu, ktorý vedie tabuľku.

Teplota je rozhodujúca pre hodnotu tepelnej vodivosti kovov. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje aj tepelná vodivosť (aj keď elektrická vodivosť klesá). V prípade nekovových materiálov je tepelná vodivosť v širokom teplotnom rozsahu zhruba konštantná.

Hodnoty v tabuľke sú uvedené pri 25 oC a 1 atmosférickom tlaku.

Pri výbere materiálu pre jeho tepelné vlastnosti je potrebné vziať do úvahy, že sa rozširuje teplom. Táto kapacita je daná koeficientom tepelnej rozťažnosti.

Hlavné tepelné vodiče

diamant

Diamant je najlepší tepelný vodič v prírode. Zdroj: Robert Lavinsky prostredníctvom Wikimedia Commons.

Je to najlepší tepelný vodič pri izbovej teplote, oveľa lepší ako meď a akýkoľvek iný kov. V diamantu, ktorý je elektrickým izolátorom, teplo neprúdi vodivými elektrónmi, ale šírením vibrácií vo svojej vysoko organizovanej kryštalickej štruktúre. Tieto vibrácie sa nazývajú fonóny.

Má tiež nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, čo znamená, že jeho rozmery zostanú po zahriatí blízko pôvodných. Ak je potrebný dobrý vodič tepla, ktorý nevedie elektrinu, je najlepšou voľbou diamant.

Výsledkom je, že sa bežne používa na odstránenie tepla produkovaného obvodmi v počítačoch a iných elektronických zariadeniach. Má však veľkú nevýhodu: je mimoriadne nákladná. Hoci sú syntetické diamanty, nie je ľahké ich vyrobiť a sú tiež drahé.

striebro

Strieborné mince

Je to vysoko cenený kov pre ozdobu vďaka svojej lesku, farbe a poddajnosti. Je odolný voči oxidácii a spomedzi všetkých kovov je to ten, ktorý má najvyššiu tepelnú vodivosť a vynikajúcu elektrickú vodivosť.

Z tohto dôvodu má viacnásobné uplatnenie v priemysle, samotných aj v zliatinách s inými prvkami, ako je nikel a paládium.

S tlačenými obvodmi z čistého striebra sa vyrábajú vysokoteplotné supravodivé káble a vodiče používané v elektronike sú potiahnuté, okrem toho, že sa používajú na výrobu elektrických kontaktov v zliatine.

Nevýhodou je, že je relatívne vzácny, a preto drahý, ale jedinečná kombinácia fyzikálnych vlastností pre tieto aplikácie z neho robí vynikajúcu alternatívu, pretože je veľmi flexibilná a spolu s ňou sa získajú vodiče dobrej dĺžky.

meď

Medené drôty

Je to jeden z najpoužívanejších kovov, keď sa vyžaduje dobrá tepelná vodivosť, pretože sa ľahko nekoroduje a jeho teplota topenia je pomerne vysoká, čo znamená, že sa pri vystavení teplu nebude ľahko taviť.

Ďalšou výhodou je jeho tvárnosť, okrem toho, že nie je magnetická. Meď je recyklovateľná a je oveľa lacnejšia ako striebro. Jeho koeficient tepelnej rozťažnosti je však vysoký, čo znamená, že jeho rozmery sa pri zahrievaní značne menia.

Vďaka svojim dobrým tepelným vlastnostiam sa široko používa v kuchynskom riade, napríklad v medených nádobách pokrytých oceľou. Vyrábať tiež výmenníky tepla v nádržiach na teplú vodu, v systémoch ústredného kúrenia, v autosadičoch a na rozptyľovanie tepla v elektronických zariadeniach.

zlato

Predhispánska zlatá maska

Je to vzácny kov par excellence a zaujíma prevládajúce miesto v histórii ľudstva. Okrem tohto zvláštneho významu je zlato kujné, odolné a vynikajúci vodič tepla a elektriny.

Pretože zlato nekoroduje, používa sa na prenášanie malých prúdov v polovodičových elektronických komponentoch. Tieto prúdy sú také malé, že sa dajú ľahko prerušiť pri najmenšom náznaku korózie, a preto zlato zaručuje spoľahlivé elektronické komponenty.

Používa sa tiež na výrobu konektorov pre slúchadlá, kontaktov, relé a prepojovacích káblov. Zariadenia ako smartfóny, kalkulačky, notebooky a stolové počítače a televízory obsahujú malé množstvo zlata.

Špeciálne okuliare do klimatizačných priestorov tiež obsahujú rozptýlené zlato tak, že pomáhajú odrážať slnečné žiarenie vonku a udržujú čerstvosť vo vnútri, keď je veľmi horúci. Rovnakým spôsobom pomáhajú udržiavať vnútorné teplo v budove, keď je zima.

lítium

Lítium-iónová batéria. Autor: pán ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * fotografický deň, august 2005 * fotografka Aney. Zdroj: Wikimedia Commons.

Je to najľahší zo všetkých kovov, aj keď je veľmi reaktívny, takže ľahko koroduje. Musíte s ňou zaobchádzať veľmi opatrne, pretože je veľmi horľavá. Z tohto dôvodu, hoci je hojný, sa nenachádza vo voľnom stave, ale v zlúčeninách, a preto sa musí izolovať všeobecne elektrolytickými metódami.

Jeho tepelná vodivosť je podobná ako u zlata, ale je oveľa lacnejšia. Uhličitan lítny je zlúčenina používaná pri výrobe skla a keramiky odolnej voči teplu.

Ďalším rozšíreným použitím lítia je výroba trvanlivých, ľahkých batérií, pri ktorých sa chlorid lítny používa na extrakciu kovového lítia. Pridaním do spracovania hliníka zvyšuje jeho elektrickú vodivosť a znižuje prevádzkové teploty.

hliník

Hliníkový kovový vedro. Zdroj: Carsten Niehaus

Tento ľahký, lacný, vysoko odolný a ľahko spracovateľný kov je jedným z hlavných materiálov používaných na výrobu výmenníkov tepla v klimatizačných zariadeniach, ako sú klimatizácia a ohrievače.

V domácom aj priemyselnom priemysle sa hliníkové náčinie vo veľkom rozsahu používa v kuchyniach po celom svete.

Hliníkové nádoby, ako sú hrnce, panvice a plechy na pečenie, sú mimoriadne účinné. Nemenia chuť potravín a umožňujú, aby sa teplo pri varení rýchlo a rovnomerne šírilo.

Bez ohľadu na to, hliníkové hrnce a panvice boli nahradené nehrdzavejúcou oceľou, ktorá nie je tak dobrá ako vodič tepla. Je to preto, že nehrdzavejúca oceľ nereaguje so silnejšími kyselinami, ako je napríklad paradajková omáčka.

Preto je lepšie vyrábať paradajkové omáčky z ocele, aby sa zabránilo vstupu hliníka do potravín, pretože niektoré spájajú hliník - prítomný v antacidách, mastencoch, dezodorantoch a mnohých ďalších výrobkoch - s výskytom degeneratívnych chorôb, hoci väčšina odborníkov, ako aj FDA, túto hypotézu odmietajú.

Hliníková panvica v popredí. Zdroj: Pixabay.

Kuchynský riad vyrobený z eloxovaného hliníka nepredstavuje riziko uvoľnenia hliníkových častíc a môže sa v zásade používať s väčšou bezpečnosťou.

bronz

Bronz týchto starobylých zvonov ukazuje užitočnosť kovov na okrasné alebo náboženské účely. Zdroj: Pxhere.

Bronz je zliatina medi a cínu, v menšej miere aj s inými kovmi. Bol prítomný od dávnych čias v dejinách ľudstva.

Je také dôležité, že obdobie praveku bolo dokonca pomenované ako doba bronzová, doba, keď ľudia objavili a začali využívať vlastnosti tejto zliatiny.

Bronz je odolný proti korózii a ľahko sa s ním pracuje. Spočiatku sa používal na výrobu rôznych riadov, náradia, šperkov, umeleckých predmetov (napríklad sôch) a zbraní, ako aj na razenie mincí. V súčasnosti sa stále používa na výrobu rúr, mechanických častí a hudobných nástrojov.

zinok

Hodinkové sklo s oxidom zinočnatým. Zdroj: Adam Rędzikowski

Je to veľmi poddajný a tažný modro-biely kov, s ktorým sa ľahko pracuje, aj keď s nízkou teplotou topenia. Je známy už od staroveku a používa sa hlavne v zliatinách.

V súčasnosti sa používa na galvanizáciu ocele a tým na jej ochranu pred koróziou. Ďalej vyrábať batérie, pigmenty a vyrábať špeciálne zinkové plechy pre stavebníctvo.

železo

Železné piliny na magnete. Zdroj: Aney cez Commons Wikimedia.

Železo je ďalší kov s veľkým historickým významom. Podobne ako bronz aj železo súvisí s obdobím praveku, v ktorom došlo k veľkým technologickým pokrokom: k dobe železnej.

Dnes má liatina mnoho aplikácií na výrobu nástrojov, riadu, v stavebníctve a ako materiál na výrobu automobilových súčiastok.

Ako sme videli, železo je veľmi dobrým vodičom tepla. Železné predmety distribuujú teplo veľmi dobre a udržujú ho po dlhú dobu. Má tiež vysokú teplotu topenia, vďaka ktorej je odolný voči vysokým teplotám, a preto je užitočný pri výrobe všetkých typov pecí, priemyselných aj domácich.

Referencie

1. CK-12. Tepelné vodiče a izolátory. Obnovené z: ck12.org.
2. Meď: Vlastnosti a aplikácie. Získané z: copperalliance.org.
3. Effunda. Vlastnosti bežných pevných materiálov. Obnovené z adresy efunda.com
4. Hill, D. Tepelné vlastnosti liatiny. Obnovené z: ehow.com.
5. King, H. Mnoho použití zlata. Obnovené z: geology.com.
6. Lithium. Získané z: gob.mx.
7. Rekreatívna fyzika. Prenos tepla. Získané z: fisicarecreativa.com.
8. Wikipedia. Zoznam tepelných vodivostí. Obnovené z: es.wikipedia.org.