9 ŠILUMOS LAIDININKAI IR JŲ CHARAKTERISTIKOS - MOKSLAS - 2025

Kad šilumos laidininkai yra medžiagos, kurių struktūra yra tokia, kad šiluma gali praeiti per juos lengvai. Reikia nepamiršti, kad visa materija yra sudaryta iš atomų ir molekulių, vykstančių nuolat vibruojant, ir kad šiluma virsta didesniu šių dalelių sujaudinimu.

Kai kurios medžiagos šilumą praleidžia geriau nei kitos, nes jų vidinė konfigūracija palengvina šį energijos srautą. Pvz., Mediena nėra geras šilumos laidininkas, nes ilgai įšyla. Bet, kita vertus, geležis, varis ir kiti metalai yra, tai reiškia, kad jų dalelės labai greitai įgyja kinetinę energiją.

Kompiuterinėse lustose naudojami terminiai tepalai yra geras šilumos, bet ne elektros laidininkas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Štai kodėl metalai yra mėgstamiausi virtuvės reikmenų, tokių kaip puodai ir keptuvės, gamyboje. Jie greitai įkaista ir pasiekia pakankamai aukštą temperatūrą, kad maistas galėtų tinkamai virti.

Tačiau rankenos ir rankenos, kurios liečiasi su vartotojo rankomis, yra pagamintos iš kitų šilumą izoliuojančių medžiagų. Tokiu būdu keptuvės yra lengvai valdomos net ir karštos.

Laidininkų tipai

Medžiagos, atsižvelgiant į jų šilumos laidumo būdą, skirstomos į:

- Šilumos laidininkai : deimantas ir metalai, tokie kaip varis, geležis, cinkas ir aliuminis. Paprastai geri elektros laidininkai yra ir geri šilumos laidininkai.

- Šilumos izoliatoriai : medis, kaučiukas, stiklo pluoštas, plastikas, popierius, vilna, anime, kamštiena, polimerai yra geri pavyzdžiai. Dujos taip pat nėra geri laidininkai.

Medžiagų šilumos laidumas

Savybė, būdinga kiekvieno iš jų šilumos išsiskyrimui, vadinama šilumos laidumu. Kuo didesnis medžiagos šilumos laidumas, tuo geriau ji laido šilumą.

Medžiagų šilumos laidumas nustatomas eksperimentiniu būdu. SI tarptautinėje vienetų sistemoje šilumos laidumas matuojamas vatais / (metras x kelvinas) arba W / (mK). Jis aiškinamas taip:

Kitas anglies saksų šalyse naudojamas šilumos laidumo vienetas yra BTUH / (ft.ºF), kur BTUH reiškia Britanijos šiluminį vienetą per valandą.

Šiluma teka per kietą medžiagą, kai tarp jos galų skiriasi temperatūra. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Šilumos laidumo vertės

Žemiau pateikiami kai kurių gamtoje randamų ir pramonėje dažnai naudojamų elementų ir medžiagų šilumos laidumai.

Tačiau reikia pažymėti, kad vis dar eksperimentinėje stadijoje yra sintetinių junginių, kurių šilumos laidumas žymiai viršija deimantų, kurie vadovauja stalui, savybes.

Temperatūra lemia metalų šilumos laidumo vertę. Kylant temperatūrai, didėja ir šilumos laidumas (nors elektrinis laidumas mažėja). Nemetalų šilumos laidumas plačiu temperatūrų diapazonu yra maždaug pastovus.

Lentelėje nurodytos vertės nurodytos esant 25ºC ir 1 atmosferos slėgiui.

Renkantis medžiagą dėl jos šiluminių savybių, būtina atsižvelgti į tai, kad ji plečiasi šiluma. Šią talpą suteikia šiluminio plėtimosi koeficientas.

Pagrindiniai šilumos laidininkai

Deimantas

Deimantas yra geriausias šilumos laidininkas gamtoje. Šaltinis: Robertas Lavinsky per „Wikimedia Commons“.

Tai yra geriausias šilumos laidininkas kambario temperatūroje, daug geriau nei varis ir bet kuris kitas metalas. Deimante, kuris yra elektros izoliatorius, šiluma sklinda ne per laidumo elektronus, bet per virpesių sklidimą savo labai organizuotoje kristalinėje struktūroje. Šios vibracijos vadinamos fononais.

Jis taip pat turi mažą šiluminio plėtimosi koeficientą, o tai reiškia, kad šildant jo matmenys išliks artimi pradiniams. Kai reikalingas geras šilumos laidininkas, nelaidus elektrai, geriausias pasirinkimas yra deimantas.

Dėl to jis plačiai naudojamas šilumai, kurią sukuria kompiuterių ir kitų elektroninių prietaisų grandinės, pašalinti. Tačiau jis turi pagrindinį trūkumą: jis yra labai brangus. Nors yra sintetinių deimantų, juos nėra lengva pagaminti, be to, jie yra brangūs.

sidabras

Sidabrinės monetos

Tai yra labai vertinamas metalas dekoratyvumui dėl savo blizgesio, spalvos ir lankstumo. Jis yra atsparus oksidacijai, o tarp visų metalų yra didžiausias šilumos laidumas, taip pat puikus elektros laidumas.

Dėl šios priežasties jis gali būti daug naudojamas pramonėje tiek atskirai, tiek lydiniuose su kitais elementais, tokiais kaip nikelis ir paladžio.

Naudojant gryną sidabrą, spausdintos grandinės, pagaminti aukštatemperatūriai superlaidūs kabeliai ir padengti elektronikoje naudojami laidininkai, be to, jie naudojami lydinyje elektros kontaktams užmegzti.

Jos trūkumas yra palyginti menkas ir todėl brangus, tačiau dėl unikalių fizinių savybių derinio šioms reikmėms ji tampa puikia alternatyva, nes ji yra labai lanksti ir kartu su ja gaunami ilgio laidininkai.

Varis

Variniai laidai

Tai yra vienas iš dažniausiai naudojamų metalų, kai reikalingas geras šilumos laidumas, nes jis lengvai nerūdija, o jo lydymosi temperatūra yra gana aukšta, o tai reiškia, kad veikiant šilumai jis lengvai neišsilydys.

Kiti pranašumai yra jo lankstumas, be to, kad jis nėra magnetinis. Varis yra perdirbamas ir yra daug pigesnis nei sidabras. Tačiau jo šiluminio plėtimosi koeficientas yra didelis, o tai reiškia, kad kaitinant jo matmenys pastebimai pasikeičia.

Dėl gerų šiluminių savybių jis plačiai naudojamas virtuvės reikmenyse, pavyzdžiui, variniuose puoduose, uždengtuose plienu. Taip pat gaminti šilumokaičius karšto vandens rezervuaruose, centrinio šildymo sistemose, automobilių radiatoriuose ir išsklaidyti šilumą elektroniniuose prietaisuose.

Auksas

Priešspanietiška kaukė su auksu

Tai brangiųjų metalų par excellence ir užima svarbiausią vietą žmonijos istorijoje. Be šios ypatingos reikšmės, auksas yra kalusis, atsparus ir puikus šilumos ir elektros laidininkas.

Kadangi auksas nerūdija, jis naudojamas mažoms srovėms kietojo kūno elektroniniuose komponentuose pernešti. Šios srovės yra tokios mažos, kad jas galima lengvai nutraukti esant menkiausiam korozijos ženklui, todėl auksas garantuoja patikimus elektroninius komponentus.

Jis taip pat naudojamas ausinių jungčių, kontaktų, relių ir pataisos laidų gamyboje. Tokiuose įrenginiuose kaip išmanieji telefonai, skaičiuotuvai, nešiojamieji ir staliniai kompiuteriai ir televizoriai yra nedideli aukso kiekiai.

Specialiuose oro kondicionavimo patalpų akiniuose taip pat yra išsklaidyto aukso, tokiu būdu padedantis atspindėti saulės spindulius lauke, išlaikant šviežumą viduje, kai labai karšta. Tuo pačiu būdu jie padeda išlaikyti vidinę pastato šilumą žiemą.

Ličio

Ličio jonų akumuliatorius. Autorius: p. ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * fotografavimo diena, 2005 m. Rugpjūtis * fotografijos asmuo Aney. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Tai lengviausias iš visų metalų, nors ir labai reaktyvus, todėl lengvai koroduoja. Jūs taip pat turite elgtis labai atsargiai, nes jis yra labai degus. Dėl šios priežasties, nors ir gausu, jis randamas ne laisvoje būsenoje, o junginiuose, kuriuos paprastai reikia išskirti elektrolitiniais metodais.

Jo šilumos laidumas yra panašus į aukso, tačiau jis yra daug pigesnis už šį. Ličio karbonatas yra junginys, naudojamas gaminant karščiui atsparų stiklą ir keramiką.

Kitas plačiai paplitęs ličio panaudojimas yra ilgalaikių, lengvų akumuliatorių, kuriems metalo ličiui išgauti naudojamas ličio chloridas, gamyba. Apdorojant aliuminį, padidėja jo elektrinis laidumas ir sumažėja darbinė temperatūra.

Aliuminis

Aliuminio metalinis kaušas. Šaltinis: „Carsten Niehaus“

Šis lengvas, nebrangus, labai atsparus ir lengvai apdirbamas metalas yra viena iš pagrindinių medžiagų, naudojamų šilumokaičiams gaminti oro kondicionavimo įrenginiuose, tokiuose kaip oro kondicionieriai ir šildytuvai.

Aliuminio indai tiek namie, tiek pramonėje yra plačiai naudojami virtuvėse visame pasaulyje.

Aliuminio indai, tokie kaip puodai, keptuvės ir kepimo lakštai, yra ypač efektyvūs. Jie nekeičia maisto skonio ir leidžia šilumai greitai ir tolygiai plisti kepant.

Nepaisant to, aliuminio puodus ir keptuves pakeitė nerūdijantis plienas, kuris nėra toks geras šilumos laidininkas. Taip yra todėl, kad nerūdijantis plienas nereaguoja su stipresnėmis rūgštimis, pavyzdžiui, pomidorų padažu.

Štai kodėl pomidorų padažus geriau gaminti iš plieninių indų, kad aliuminis nepatektų į maistą, nes kai kurie aliuminį - esantį antacidiniuose, talkiuose, dezodorantuose ir daugelyje kitų produktų - siejo su degeneracinėmis ligomis, nors dauguma ekspertų, taip pat FDA, šią hipotezę atmeta.

Priekiniame plane aliuminio puodas. Šaltinis: „Pixabay“.

Virtuviniai indai, pagaminti iš anoduoto aliuminio, neturi pavojaus, kad gali išlaisvinti aliuminio dalelės, ir iš esmės juos galima naudoti užtikrinant didesnį saugumą.

Bronza

Šių senovinių varpų bronza parodo metalų naudingumą dekoratyviniams ar religiniams tikslams. Šaltinis: Pxhere.

Bronza yra vario ir alavo lydinys daugiausia mažesniu mastu su kitais metalais. Tai buvo nuo seniausių laikų žmonijos istorijoje.

Taip svarbu, kad priešistorės laikotarpis netgi buvo įvardytas kaip bronzos amžius, laikas, kai žmonės atrado ir pradėjo naudoti šio lydinio savybes.

Bronza yra atspari korozijai ir lengvai naudojama. Iš pradžių jis buvo naudojamas įvairiems indams, įrankiams, papuošalams, meno objektams (pavyzdžiui, skulptūroms) ir ginklams gaminti, taip pat monetoms kalti. Šiandien jis vis dar naudojamas vamzdžiams, mechaninėms dalims ir muzikos instrumentams gaminti.

Cinkas

Stebėkite stiklą su cinko oksidu. Šaltinis: Adam Rędzikowski

Tai labai kalusis ir kalusis melsvai baltas metalas, su kuriuo lengva dirbti, nors ir žemos lydymosi temperatūros. Jis buvo žinomas nuo seniausių laikų, daugiausia naudojamas lydiniuose.

Šiuo metu jis naudojamas plienui galvanizuoti ir tokiu būdu apsaugoti jį nuo korozijos. Taip pat gaminti baterijas, pigmentus ir gaminti specialius cinko lakštus statybos pramonei.

Geležies

Geležinės drožlės ant magneto. Šaltinis: „Aney“ per „Commons Wikimedia“.

Geležis yra dar vienas metalas, turintis didelę istorinę reikšmę. Kaip ir bronza, geležis yra susijusi su priešistorės etapu, kuriame įvyko didžiulė technologinė pažanga: geležies amžiumi.

Šiandien ketaus ir toliau turi daug galimybių gaminti įrankius, indus statybose ir kaip medžiagą automobilių detalėms gaminti.

Kaip matėme, geležis yra labai geras šilumos laidininkas. Geležiniai daiktai labai gerai paskirsto šilumą ir ilgai ją išlaiko. Jis taip pat turi aukštą lydymosi temperatūrą, todėl jis yra atsparus aukštoms temperatūroms, todėl yra naudingas gaminant visų tipų krosnis, tiek pramonines, tiek buitines.

Nuorodos

1. CK-12. Šilumos laidininkai ir izoliatoriai. Atkurta iš: ck12.org.
2. Varis: savybės ir programos. Atkurta iš: copperalliance.org.
3. Effunda. Įprastų kietų medžiagų savybės. Atgauta iš efunda.com
4. Hill, D. Ketaus šiluminės savybės. Atkurta iš: ehow.com.
5. Karalius, H. Daugybė aukso panaudojimo būdų. Atkurta iš: geology.com.
6. Ličio. Atkurta iš: gob.mx.
7. Fizikos pertvarka. Šilumos perdavimas. Atkurta iš: fisicarecreativa.com.
8. Vikipedija. Šilumos laidumo sąrašas. Atkurta iš: es.wikipedia.org.