9 LÄMMÖNJOHTIMET JA NIIDEN OMINAISUUDET - TIEDE - 2026

Lämmönjohtimien ovat materiaaleja, joiden rakenne on sellainen, että lämpö pääsee kulkemaan niiden läpi helposti. On muistettava, että kaikki aine koostuu atomista ja molekyyleistä jatkuvassa värähtelyliikkeessä ja että lämpö johtaa näiden hiukkasten suurempaan sekoittumiseen.

Jotkut materiaalit johtavat lämpöä paremmin kuin toiset, koska niiden sisäinen kokoonpano helpottaa tätä energiavirtausta. Esimerkiksi puu ei ole hyvä lämmönjohdin, koska sen lämpeneminen vie kauan. Mutta toisaalta, rauta, kupari ja muut metallit ovat, mikä tarkoittaa, että niiden hiukkaset saavat kineettisen energian erittäin nopeasti.

Tietokonesiruissa käytetty lämpörasva on hyvä lämmönjohdin, mutta ei sähkö. Lähde: Wikimedia Commons.

Siksi metallit ovat suosikkeja keittiövälineiden, kuten kattiloiden ja kattiloiden, valmistukseen. Ne kuumenevat nopeasti ja saavuttavat lämpötilan, joka on riittävän korkea ruoan kypsennykseen oikein.

Kuitenkin kahvat ja kahvat, jotka ovat kosketuksissa käyttäjän käsien kanssa, on valmistettu muista lämpöä eristävistä materiaaleista. Tällä tavalla pannuja on helppo käsitellä myös kuumina.

Johtimetyypit

Materiaalit luokitellaan lämmönjohtamistavan mukaan:

- Lämpöjohtimet: timantti ja metallit, kuten kupari, rauta, sinkki ja alumiini. Yleensä hyvät sähkönjohtimet ovat myös hyviä lämmönjohtimia.

- Lämpöeristeet: puu, kumi, lasikuitu, muovi, paperi, villa, anime, korkki, polymeerit ovat hyviä esimerkkejä. Kaasut eivät ole myöskään hyviä johtimia.

Materiaalien lämmönjohtavuus

Ominaisuutta, joka luontaisesti luonnehtii tapaa, jolla kukin niistä johtaa lämpöä, kutsutaan lämmönjohtavuudeksi. Mitä suurempi aineen lämmönjohtavuus on, sitä paremmin se johtaa lämpöä.

Aineiden lämmönjohtavuus määritetään kokeellisesti. SI-kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä lämmönjohtavuus mitataan watteina (metri x kelvin) tai W / (mK). Se tulkitaan seuraavasti:

Toinen lämmönjohtavuusyksikkö, jota käytetään anglosaksi-maissa, on BTUH / (ft.ºF), jossa BTUH tarkoittaa Britannian lämpöyksikköä tunnissa.

Lämpö virtaa kiinteän aineen läpi, kun sen päiden välillä on lämpötilaero. Lähde: Wikimedia Commons.

Lämmönjohtavuusarvot

Alla on joidenkin luonnossa löydettyjen ja teollisuudessa usein käytettyjen elementtien ja materiaalien lämmönjohtavuus.

On kuitenkin huomattava, että kokeellisessa vaiheessa on edelleen synteettisiä yhdisteitä, joiden lämmönjohtavuus ylittää huomattavasti pöydän päällä olevan timantin.

Lämpötila on ratkaiseva metallien lämmönjohtavuuden arvossa. Lämpötilan noustessa myös lämmönjohtavuus kasvaa (vaikka sähkönjohtavuus pienenee). Ei-metallien lämmönjohtavuus on suunnilleen vakio laajalla lämpötila-alueella.

Taulukon arvot on määritetty lämpötilassa 25ºC ja 1 ilmakehän paineessa.

Materiaalia valittaessa sen lämpöominaisuudet on otettava huomioon, että se laajenee lämmön vaikutuksesta. Tämä kapasiteetti annetaan lämpölaajenemiskerroin.

Päälämpöjohtimet

Timantti

Timantti on luonnon paras lämpöjohdin. Lähde: Robert Lavinsky Wikimedia Commonsin kautta.

Se on paras lämmönjohdin huoneenlämpötilassa, paljon parempi kuin kupari ja mikä tahansa muu metalli. Timantissa, joka on sähköeriste, lämpö ei virtaa johtavien elektronien läpi, vaan värähtelyjen etenemisen kautta sen hyvin organisoidussa kiteisessä rakenteessa. Näitä värähtelyjä kutsutaan fononeiksi.

Sillä on myös alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä tarkoittaa, että sen mitat pysyvät lähellä alkuperäisiä, kun niitä kuumennetaan. Kun tarvitaan hyvä lämmönjohdin, joka ei johda sähköä, timantti on paras vaihtoehto.

Seurauksena on, että sitä käytetään laajalti tietokoneiden ja muiden elektronisten laitteiden piirien tuottaman lämmön poistamiseen. Mutta sillä on suuri haitta: se on erittäin kallis. Vaikka synteettisiä timantteja onkin, niitä ei ole helppo valmistaa ja ne ovat myös kalliita.

Hopea

Hopeakolikot

Se on arvostettu metalli koristeeksi sen kiillon, värin ja muokattavuuden vuoksi. Se kestää hapettumista ja on kaikkien metallien joukossa suurin lämmönjohtavuus ja erinomainen sähkönjohtavuus.

Tästä syystä sillä on useita sovelluksia teollisuudessa, sekä yksinään että seoksena muiden elementtien, kuten nikkelin ja palladiumin kanssa.

Puhtaalla hopealla, painetut piirit, tehdään korkean lämpötilan suprajohtavat kaapelit ja päällystetään elektroniikassa käytettävät johtimet sen lisäksi, että niitä käytetään seoksessa sähköisten koskettimien muodostamiseen.

Sillä on se haittapuoli, että se on suhteellisen vähäinen ja siksi kallis, mutta näiden sovellusten ainutlaatuinen fysikaalisten ominaisuuksien yhdistelmä tekee siitä erinomaisen vaihtoehdon, koska se on erittäin joustava ja sen mukana saadaan pitkän pituisia johtimia.

Kupari

Kuparilangat

Se on yksi käytetyimmistä metalleista, kun vaaditaan hyvää lämmönjohtavuutta, koska se ei syöpy helposti ja sen sulamispiste on melko korkea, mikä tarkoittaa, että se ei sula helposti, kun se altistetaan kuumuudelle.

Muita etuja sillä on sen joustavuudella sen lisäksi, että se ei ole magneettinen. Kupari on kierrätettävää ja paljon halvempaa kuin hopea. Sen lämpölaajenemiskerroin on kuitenkin korkea, mikä tarkoittaa, että sen mitat muuttuvat huomattavasti kuumennettaessa.

Hyvien lämpöominaisuuksiensa ansiosta sitä käytetään laajasti keittiötarvikkeissa, kuten esimerkiksi teräksellä päällystetyillä kupari-ruukkuilla. Valmistaa myös lämmönvaihtimia kuumavesisäiliöissä, keskuslämmitysjärjestelmissä, autonlämmittimissä ja lämmön poistamiseksi elektronisissa laitteissa.

Kulta

Prehispanic kultamaski

Se on jalometallien par excellence ja vie valtavan sijan ihmiskunnan historiassa. Tämän erityisen merkityksen lisäksi kulta on muovattavissa, kestävä ja erinomainen lämmön ja sähkönjohdin.

Koska kulta ei syöpy, sitä käytetään pienten virtojen kuljettamiseen kiinteässä tilassa elektronisissa komponenteissa. Nämä virrat ovat niin pieniä, että ne voidaan helposti keskeyttää pienimmässä korroosion merkissä, minkä vuoksi kulta takaa luotettavat elektroniset komponentit.

Sitä käytetään myös kuulokeliittimien, koskettimien, releiden ja patch-kaapeleiden valmistukseen. Laitteet, kuten älypuhelimet, laskimet, kannettavat ja pöytätietokoneet ja televisiot, sisältävät pieniä määriä kultaa.

Ilmastointilaitteiden erityislasit sisältävät myös dispergoitua kultaa siten, että ne auttavat heijastamaan auringon säteilyä ulkopuolella pitäen raikkauden sisällä, kun se on erittäin kuuma. Samalla tavalla ne auttavat ylläpitämään rakennuksen sisäistä lämpöä talvella.

litium

Litiumioniakku. Kirjoittaja: Mr. ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * valokuvauspäivä, elokuu 2005 * valokuvaushenkilö Aney. Lähde: Wikimedia Commons.

Se on kevyin kaikista metalleista, vaikkakin erittäin reaktiivinen, joten se syöpyy helposti. Sinun on myös käsiteltävä sitä erittäin varovaisesti, koska se on helposti syttyvää. Tästä syystä, vaikka sitä on runsaasti, sitä ei löydy vapaassa tilassa, vaan yhdisteissä, minkä vuoksi se on eristettävä yleensä elektrolyyttisin menetelmin.

Sen lämmönjohtavuus on samanlainen kuin kullan, mutta se on paljon halvempi kuin tämä. Litiumkarbonaatti on yhdiste, jota käytetään kuumuudenkestävän lasin ja keramiikan valmistuksessa.

Toinen laajalle levinnyt litiumin käyttö on pitkäikäisten, kevyiden paristojen valmistus, joista litiumkloridia käytetään metallisen litiumin uuttamiseen. Lisätty alumiinin prosessoinnissa, se lisää sen sähkönjohtavuutta ja alentaa käyttölämpötilaa.

Alumiini

Alumiininen metalli kauha. Lähde: Carsten Niehaus

Tämä kevyt, edullinen, erittäin kestävä ja helposti työstettävä metalli on yksi tärkeimmistä materiaaleista, joita käytetään lämmönvaihtimien valmistukseen ilmastointilaitteissa, kuten ilmastointilaitteissa ja lämmittimissä.

Sekä kotimaassa että teollisesti alumiinitarvikkeita käytetään laajasti keittiöissä ympäri maailmaa.

Alumiiniasiat, kuten kattilat, pannut ja leivinlevyt, ovat erittäin tehokkaita. Ne eivät muuta ruuan makua ja antavat lämmön leviää nopeasti ja tasaisesti kypsennettäessä.

Alumiiniset ruukut ja pannut ovat kuitenkin siirtyneet ruostumattomalla teräksellä, mikä ei ole yhtä hyvä lämmönjohdin. Tämä johtuu siitä, että ruostumaton teräs ei reagoi vahvempien happojen, kuten esimerkiksi tomaattikastikkeen, kanssa.

Siksi on suositeltavaa valmistaa tomaattikastikkeita teräsvälineistä estämään alumiinin pääsy ruokaan, koska jotkut ovat liittäneet alumiini - antasideissa, talkissa, deodorantteissa ja monissa muissa tuotteissa - rappeuttavia sairauksia, vaikka suurin osa asiantuntijoista samoin kuin FDA hylkää tämän hypoteesin.

Alumiininen kattila etualalla. Lähde: Pixabay.

Anodisoidusta alumiinista valmistetuilla keittiövälineillä ei ole vaaraa alumiinihiukkasten vapautumisesta, ja niitä voidaan periaatteessa käyttää turvallisemmin.

Pronssi

Näiden muinaisten kellojen pronssi osoittaa metallien käyttökelpoisuuden koriste- tai uskonnollisissa tarkoituksissa. Lähde: Pxhere.

Pronssi on kuparin ja tinan seos pääasiassa muiden metallien kanssa vähäisemmässä määrin. Se on ollut läsnä muinaisista ajoista lähtien ihmiskunnan historiassa.

On niin tärkeää, että esihistorian ajanjakso on jopa nimetty pronssikaudeksi, jolloin ihmiset löysivät ja alkoivat käyttää tämän seoksen ominaisuuksia.

Pronssi kestää korroosiota ja on helppo käyttää. Alun perin sitä käytettiin erilaisten välineiden, työkalujen, korujen, taideesineiden (esimerkiksi veistoksia) ja aseiden valmistamiseen sekä kolikoiden verrantamiseen. Nykyään sitä käytetään edelleen putkien, mekaanisten osien ja soittimien valmistukseen.

Sinkki

Katso sinkkioksidilla varustettu lasi. Lähde: Adam Rędzikowski

Se on hyvin muokattava ja taipuisa sinertävänvalkoinen metalli, jonka kanssa on helppo työskennellä, vaikkakin sen sulamispiste on alhainen. Se on ollut tiedossa muinaisista ajoista lähtien, pääasiassa seoksissa.

Sitä käytetään tällä hetkellä teräksen galvanointiin ja suojataan siten korroosiolta. Myös paristojen, pigmenttien ja erityisten sinkkilevyjen valmistukseen rakennusteollisuudelle.

Rauta

Raudan täyttö magneetilla. Lähde: Aney Commons Wikimedian kautta.

Rauta on toinen metalli, jolla on suuri historiallinen merkitys. Kuten pronssi, rauta on kytketty esihistorian vaiheeseen, jossa tapahtui suurta teknistä kehitystä: rautakautta.

Nykyään valuraudalla on edelleen monia sovelluksia työkalujen, työvälineiden valmistukseen rakentamisessa ja materiaalina autojen osien valmistukseen.

Rauta on erittäin hyvä lämmönjohdin, kuten olemme nähneet. Rautaesineet jakavat lämpöä erittäin hyvin ja pitävät sitä pitkään. Sillä on myös korkea sulamispiste, mikä tekee siitä kestävän korkeille lämpötiloille, joten se on käyttökelpoinen kaikenlaisten uunien, sekä teollisuus- että kotitalouksien valmistuksessa.

Viitteet

1. CK-12. Lämpöjohtimet ja eristeet. Palautettu: ck12.org.
2. Kupari: Ominaisuudet ja sovellukset. Palautettu osoitteesta: copperalliance.org.
3. Effunda. Tavallisten kiinteiden materiaalien ominaisuudet. Palautettu efunda.com -sivustolta
4. Hill, D. Valuraudan lämpöominaisuudet. Palautettu osoitteesta: ehow.com.
5. King, H. Kullan monia käyttötarkoituksia. Palautettu osoitteesta: geology.com.
6. Litiumia. Palautettu: gob.mx.
7. Luo fysiikka uudelleen. Lämmönsiirto. Palautettu osoitteesta: fisicarecreativa.com.
8. Wikipedia. Luettelo lämmönjohtavuuksista. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org.