Materiały przewodzące ciepło to takie, które umożliwiają efektywne przenoszenie ciepła z jednej (lub cieczy) wysokiej temperatury powierzchni i niższej temperatury.
Materiały przewodzące ciepło są używane w różnych zastosowaniach inżynieryjnych. Do najważniejszych zastosowań należy budowa urządzeń chłodniczych, urządzeń do rozpraszania ciepła i ogólnie wszelkich urządzeń, które wymagają wymiany ciepła w swoich procesach.
Przewodzenie ciepła w materiale
Materiały, które nie są dobrymi przewodnikami ciepła, nazywane są izolatorami. Do najczęściej używanych materiałów izolacyjnych należy korek i drewno.
Powszechne jest, że materiały dobrze przewodzące ciepło są również dobrymi przewodnikami elektryczności. Niektóre przykłady materiałów dobrze przewodzących ciepło i elektryczność to między innymi aluminium, miedź i srebro.
Różne materiały i ich odpowiednie właściwości przewodzenia ciepła można znaleźć w podręcznikach chemicznych, które podsumowują wyniki eksperymentalnego przewodnictwa przeprowadzonego na tych materiałach.
Przewodnictwo cieplne
Przewodnictwo to przenoszenie ciepła między dwiema warstwami tego samego materiału lub między powierzchniami stykającymi się z dwoma materiałami, które nie wymieniają materii.
W tym przypadku wymiana ciepła w materiałach zachodzi dzięki zderzeniom molekularnym, które zachodzą między warstwami lub powierzchniami.
Wstrząsy molekularne pozwalają na wymianę energii wewnętrznej i kinetycznej między atomami materiału.
W ten sposób warstwa lub powierzchnia z atomami o wyższej energii wewnętrznej i kinetycznej przekazuje energię do warstw lub powierzchni o niższej energii, zwiększając tym samym ich temperaturę.
Różne materiały mają różne struktury molekularne, co powoduje, że nie wszystkie materiały mają taką samą zdolność przewodzenia ciepła.
Przewodność cieplna
Aby wyrazić zdolność materiału lub płynu do przewodzenia ciepła, stosuje się fizyczną właściwość „przewodnictwo cieplne”, która jest zwykle oznaczana literą k.
Przewodnictwo cieplne to właściwość, którą należy określić eksperymentalnie. Eksperymentalne oszacowania przewodności cieplnej materiałów stałych są stosunkowo proste, ale proces jest złożony w przypadku ciał stałych i gazów.
Przewodność cieplną materiałów i płynów podano dla ilości materiału o powierzchni przepływu 1 stopy kwadratowej i grubości 1 stopy przez jedną godzinę przy różnicy temperatur 1 ° K.
Materiały przewodzące ciepło
Chociaż teoretycznie wszystkie materiały mogą przenosić ciepło, niektóre mają lepsze przewodnictwo niż inne.
W naturze istnieją materiały, takie jak miedź czy aluminium, które dobrze przewodzą ciepło, jednak materiałoznawstwo, nanotechnologia i inżynieria pozwoliły na stworzenie nowych materiałów o dobrych właściwościach przewodzenia.
Podczas gdy materiał przewodzący ciepło, taki jak miedź, występujący w naturze, ma przewodność cieplną 401 W / km, doniesiono o nanorurkach węglowych wytwarzanych z przewodnością cieplną bliską 6600 W / km.
Wartości przewodnictwa cieplnego dla różnych materiałów można znaleźć w poniższej tabeli:
Bibliografia
- Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Niezwykle wysoka przewodność cieplna nanorurek węglowych. Listy przeglądów fizycznych. 2000; 84: 4613
- Chen Q. i in. Alternatywne kryterium optymalizacji wymiany ciepła. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.2011; 467 (2128): 1012-1028.
- Cortes L. i in. 2010. Przewodnictwo cieplne materiałów. Sympozjum Metrologiczne.
- Kaufman WC Bothe D. Meyer SD Właściwości izolacji termicznej materiałów odzieżowych Qutdoor. Nauka. 1982; 215 (4533): 690–691.
- Kern D. 1965. Procesy wymiany ciepła. McGraw hill.
- Merabia S. i in. Przenikanie ciepła z nanocząstek: odpowiednia analiza stanu. Materiały z National Academy of Sciences w Stanach Zjednoczonych Ameryki. 2009; 106 (36): 15113-15118.
- Salunkhe PB Jaya Krishna D. Badania materiałów do magazynowania ciepła utajonego do zastosowań związanych z wodą słoneczną i ogrzewaniem pomieszczeń. Journal of Energy Storage. 2017; 12: 243-260.