9 VARMELEDERE OG DERES EGENSKABER - VIDENSKAB - 2025

De varmeledere er materialer, hvis struktur er således, at varme kan passere gennem dem let. Det skal huskes, at al materie er sammensat af atomer og molekyler i konstant vibrationsbevægelse, og at varmen omdannes til større omrøring af disse partikler.

Nogle materialer leder varme bedre end andre, fordi deres interne konfiguration letter denne energistrøm. Træ er for eksempel ikke en god varmeleder, fordi det tager lang tid at varme op. Men på den anden side er jern, kobber og andre metaller, hvilket betyder, at deres partikler erhverver kinetisk energi meget hurtigt.

Termisk fedt, der bruges i computerchips, er en god leder af varme, men ikke elektricitet. Kilde: Wikimedia Commons.

Derfor er metaller favorittene til fremstilling af køkkenredskaber, såsom gryder og pander. De opvarmes hurtigt og når temperaturer, der er høje nok til, at mad kan tilberedes ordentligt.

Håndtag og håndtag, som er i kontakt med brugerens hænder, er dog fremstillet af andre varmeisolerende materialer. På denne måde er panderne let at håndtere, selv når de er varme.

Ledertyper

Afhængig af deres måde at lede varme på, klassificeres materialer i:

- Termiske ledere: diamant og metaller såsom kobber, jern, zink og aluminium. Normalt er gode ledere af elektricitet også gode ledere af varme.

- Termiske isolatorer: træ, gummi, fiberglas, plast, papir, uld, anime, kork, polymerer er gode eksempler. Gasser er heller ikke gode ledere.

Materialer termisk ledningsevne

Egenskaben, der i sig selv kendetegner den måde, de hver især leder varme på, kaldes termisk ledningsevne. Jo højere den termiske ledningsevne er, desto bedre leder den varme.

Stoffernes varmeledningsevne bestemmes eksperimentelt. I SI International System of Units måles varmeledningsevnen i Watt / (meter x kelvin) eller W / (mK). Det fortolkes som følger:

En anden enhed til varmeledningsevne, der bruges i angelsaksiske lande, er BTUH / (ft.ºF), hvor BTUH står for British Thermal Unit i timen.

Varme strømmer gennem det faste stof, når der er en forskel i temperatur mellem dens ender. Kilde: Wikimedia Commons.

Værdier for termisk ledningsevne

Nedenfor er de termiske ledningsevner for nogle elementer og materialer, der findes i naturen, og som ofte bruges i industrien.

Det skal dog bemærkes, at der stadig er syntetiske forbindelser, der stadig er i den eksperimentelle fase, hvis termiske ledningsevne langt overstiger diamanten, der står foran bordet.

Temperaturen er afgørende for værdien af ​​metallernes varmeledningsevne. Når temperaturen stiger, sker også den termiske ledningsevne (selvom den elektriske ledningsevne falder). For ikke-metaller er den termiske ledningsevne nogenlunde konstant over et bredt temperaturområde.

Værdierne i tabellen er specificeret ved 25 ° C og 1 atmosfæretryk.

Når man vælger et materiale til dets termiske egenskaber, er det nødvendigt at tage hensyn til, at det ekspanderer med varme. Denne kapacitet gives ved termisk ekspansionskoefficient.

Hovedledere

Diamant

Diamond er den bedste termiske leder i naturen. Kilde: Robert Lavinsky via Wikimedia Commons.

Det er den bedste varmeleder ved stuetemperatur, meget bedre end kobber og andet metal. I diamant, som er en elektrisk isolator, strømmer varme ikke gennem ledningselektroner, men gennem udbredelsen af ​​vibrationer i dens stærkt organiserede krystallinske struktur. Disse vibrationer kaldes fononer.

Det har også en lav termisk ekspansionskoefficient, hvilket betyder, at dens dimensioner forbliver tæt på de originale, når de opvarmes. Når der kræves en god varmeleder, der ikke leder elektricitet, er diamant den bedste mulighed.

Som et resultat bruges det i vid udstrækning til at fjerne den varme, der produceres af kredsløb i computere og andre elektroniske enheder. Men det har en stor ulempe: det er ekstremt dyrt. Selvom der er syntetiske diamanter, er de ikke lette at fremstille, og de er også dyre.

Sølv

Sølvmønter

Det er et meget værdsat metal til ornamentik på grund af dets glans, farve og formbarhed. Det er modstandsdygtigt over for oxidation, og blandt alle metaller er det den med den højeste varmeledningsevne samt fremragende elektrisk ledningsevne.

Af denne grund har det flere applikationer i industrien, både alene og i legeringer med andre elementer, såsom nikkel og palladium.

Med rent sølv fremstilles trykte kredsløb, højtemperatur-superledende kabler, og ledere, der bruges i elektronik, coates, ud over at de anvendes i legering til at skabe elektriske kontakter.

Det har den ulempe, at den er relativt knap og derfor dyr, men den unikke kombination af fysiske egenskaber til disse anvendelser gør det til et fremragende alternativ, da det er meget fleksibelt, og med det opnås ledere med god længde.

Kobber

Kobberledninger

Det er et af de mest anvendte metaller, når der kræves god varmeledningsevne, fordi det ikke korroderer let, og dens smeltepunkt er ret højt, hvilket betyder, at det ikke smelter let, når det udsættes for varme.

Andre fordele, det har, er dens duktilitet ud over at ikke være magnetisk. Kobber er genanvendeligt og er meget billigere end sølv. Imidlertid er dens termiske ekspansionskoefficient høj, hvilket betyder, at dens dimensioner ændres mærkbart, når det opvarmes.

På grund af dets gode termiske egenskaber bruges det bredt i køkkenredskaber, f.eks. Kobberpotter, der er dækket med stål. Også til fremstilling af varmevekslere i varmtvandsbeholdere, i centralvarmesystemer, bilradiatorer og til at sprede varme i elektroniske apparater.

Guld

Prehispanisk guldmaske

Det er ædelmetal par excellence og indtager et overordnet sted i menneskehedens historie. Bortset fra denne specielle betydning er guld formbart, modstandsdygtigt og en fremragende leder af varme og elektricitet.

Da guld ikke korroderer, bruges det til at bære små strømme i elektroniske komponenter i fast tilstand. Disse strømme er så små, at de let kan afbrydes ved det mindste tegn på korrosion, og derfor garanterer guld pålidelige elektroniske komponenter.

Det bruges også til fremstilling af hovedtelefonstik, kontakter, relæer og i patchkabler. Enheder som smartphones, lommeregnere, laptops og desktops og tv indeholder små mængder guld.

De specielle briller til luftkonditioneringsrum indeholder også spredt guld på en sådan måde, at de hjælper med at reflektere solens stråling udenfor og holder friskheden inde, når det er meget varmt. På samme måde hjælper de med at bevare den indre varme i bygningen, når det er vinter.

Lithium

Lithium-ion-batteri. Forfatter: Mr. ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * fotograferingsdag, august 2005 * fotografiperson Aney. Kilde: Wikimedia Commons.

Det er det letteste af alle metaller, selvom det er meget reaktivt, så det korroderer let. Du skal også håndtere det med stor forsigtighed, fordi det er meget brandfarligt. På grund af dette findes det, selv om det er rigeligt, ikke i fri tilstand, men i forbindelser, for hvilke det generelt skal isoleres ved elektrolytiske metoder.

Dens varmeledningsevne svarer til guld, men det er meget billigere end dette. Lithiumcarbonat er en forbindelse, der anvendes til fremstilling af varmebestandigt glas og keramik.

En anden udbredt anvendelse af lithium er fremstilling af langvarige, lette batterier, til hvilke lithiumchlorid bruges til at udvinde metallisk lithium. Tilføjet til forarbejdning af aluminium øger det sin elektriske ledningsevne og sænker driftstemperaturerne.

Aluminium

Skovl af aluminium. Kilde: Carsten Niehaus

Dette lette, billige, meget resistente og let at arbejde metal er et af de vigtigste materialer, der bruges til at fremstille varmevekslere i klimaanlæg, såsom klimaanlæg og varmeapparater.

Både indenlandske og industrielle bruges aluminiumsredskaber i vid udstrækning i køkkener over hele verden.

Aluminiumsredskaber såsom gryder, pander og bageplader er ekstremt effektive. De ændrer ikke madens smag og tillader, at varmen spreder sig hurtigt og jævnt, når du laver mad.

Uanset hvad er aluminiumsgryder og pander forskudt af rustfrit stål, hvilket ikke er en så god varmeleder. Dette skyldes, at rustfrit stål ikke reagerer med stærkere syrer, som f.eks. Tomatsaus.

Derfor foretrækkes det at fremstille tomatsaucer i stålredskaber for at forhindre aluminium i at komme ind i fødevaren, da nogle har tilknyttet aluminium - til stede i antacida, talkum, deodoranter og mange andre produkter - med udseendet af degenerative sygdomme, selvom de fleste af eksperterne såvel som FDA afviser denne hypotese.

Kasserolle af aluminium i forgrunden. Kilde: Pixabay.

Kogegrej fremstillet af anodiseret aluminium har ikke risikoen for at frigive aluminiumpartikler og kan i princippet bruges med større sikkerhed.

Bronze

Bronzen af ​​disse gamle klokker viser nytten af ​​metaller til dekorative eller religiøse formål. Kilde: Pxhere.

Bronze er hovedsagelig en legering af kobber og tin med andre metaller i mindre grad. Det har været til stede siden gamle tider i menneskehedens historie.

Det er så vigtigt, at en periode med forhistorie endda er blevet navngivet som bronzealderen, det tidspunkt, hvor folk opdagede og begyndte at bruge egenskaberne ved denne legering.

Bronze er resistent mod korrosion og let at arbejde med. Oprindeligt blev det brugt til at fremstille forskellige redskaber, værktøjer, smykker, kunstgenstande (f.eks. Skulpturer) og våben samt til møntemønter. I dag bruges det stadig til at fremstille rør, mekaniske dele og musikinstrumenter.

Zink

Se glas med zinkoxid. Kilde: Adam Rędzikowski

Det er et meget formbart og duktilt blåhvidt metal, let at arbejde med, skønt med et lavt smeltepunkt. Det har været kendt siden oldtiden, hovedsageligt brugt i legeringer.

Det bruges i øjeblikket til galvanisering af stål og dermed beskytte det mod korrosion. Også til fremstilling af batterier, pigmenter og fremstilling af specielle zinkplader til byggebranchen.

Jern

Jernfilinger på en magnet. Kilde: Aney via Commons Wikimedia.

Jern er et andet metal med stor historisk betydning. Ligesom bronze er jern knyttet til et forhistorisk stadie, hvor store teknologiske fremskridt skete: jernalderen.

I dag har støbejern fortsat mange applikationer til at fremstille værktøjer, redskaber, i konstruktionen og som et materiale til fremstilling af bildele.

Jern er en meget god varmeleder som vi har set. Jerngenstande fordeler varmen meget godt og opbevar den i lang tid. Det har også et højt smeltepunkt, hvilket gør det modstandsdygtigt over for høje temperaturer, og dets brugbarhed til fremstilling af alle typer ovne, både industrielle og indenlandske.

Referencer

1. CK-12. Termiske ledere og isolatorer. Gendannet fra: ck12.org.
2. Kobber: Egenskaber og applikationer. Gendannes fra: copperalliance.org.
3. Effunda. Egenskaber ved almindelige faste materialer. Gendannes fra efunda.com
4. Hill, D. Termiske egenskaber ved støbejern. Gendannes fra: ehow.com.
5. King, H. De mange anvendelser af guld. Gendannes fra: geology.com.
6. Lithium. Gendannes fra: gob.mx.
7. Genkreativ fysik. Varmeoverførsel. Gendannes fra: fisicarecreativa.com.
8. Wikipedia. Liste over termiske ledningsevner. Gendannet fra: es.wikipedia.org.