Johtavia materiaaleja lämmittää ovat ne, jotka sallivat lämmön ja siirtää tehokkaasti yhdestä (tai neste) korkea pintalämpötila, ja alemmassa lämpötilassa.
Lämpöä johtavia materiaaleja käytetään erilaisissa tekniikan sovelluksissa. Tärkeimpiä sovelluksia ovat jäähdytyslaitteiden, lämmönpoistolaitteiden ja yleensä kaikkien laitteiden, jotka vaativat prosessissa lämmönvaihtoa, rakentaminen.
Lämmönjohtavuus materiaalissa
Ne materiaalit, jotka eivät ole hyviä lämmönjohtimia, tunnetaan eristeinä. Eniten käytettyjä eristysmateriaaleja ovat korkki ja puu.
On yleistä, että lämpöä hyvin johtavat materiaalit ovat myös hyviä sähkönjohtajia. Joitakin esimerkkejä hyvistä lämmön ja sähkön johtavista materiaaleista ovat mm. Alumiini, kupari ja hopea.
Eri materiaalit ja niiden vastaavat lämmönjohtavuusominaisuudet löytyvät kemian käsikirjoista, joissa on yhteenveto näille materiaaleille suoritetuista kokeellisista johtavuustuloksista.
Lämmönjohtavuus
Johtavuus on lämmön siirto, joka tapahtuu saman materiaalin kahden kerroksen välillä tai pintojen välillä, jotka ovat kosketuksessa kahden materiaalin kanssa, jotka eivät vaihda ainetta.
Tässä tapauksessa materiaalien lämmönsiirto tapahtuu kerrosten tai pintojen välillä tapahtuvien molekyylitörmäysten ansiosta.
Molekulaariset iskut mahdollistavat sisäisen ja kineettisen energian vaihdon materiaalin atomien välillä.
Siten kerros tai pinta, jossa on korkeamman sisäisen ja kineettisen energian atomeja, siirtää energiaa alemman energian kerroksiin tai pintoihin nostaen siten niiden lämpötilaa.
Eri materiaaleilla on erilaiset molekyylirakenteet, mikä aiheuttaa sen, että kaikilla materiaaleilla ei ole samanlaista kykyä johtaa lämpöä.
Lämmönjohtokyky
Materiaalin tai nesteen kyvyn ilmaista lämpöä käytetään fysikaalista ominaisuutta "lämmönjohtavuus", jota yleensä edustaa kirjain k.
Lämmönjohtavuus on ominaisuus, joka on löydettävä kokeellisesti. Kokeelliset arviot kiinteiden materiaalien lämmönjohtavuudesta ovat suhteellisen yksinkertaisia, mutta prosessi on monimutkainen kiinteille aineille ja kaasuille.
Materiaalien ja nesteiden lämmönjohtavuus ilmoitetaan tietyn määrän materiaaleille, joiden virtauspinta-ala on 1 neliöjalka, paksuus 1 jalka, yhden tunnin ajan lämpötilaeron ollessa 1 ° K.
Lämpöä johtavat materiaalit
Vaikka teoriassa kaikki materiaalit voivat siirtää lämpöä, joillakin on parempi johtavuus kuin toisilla.
Luonnossa on materiaaleja, kuten kuparia tai alumiinia, jotka ovat hyviä lämmönjohtajia, mutta materiaalitiede, nanoteknologia ja tekniikka ovat mahdollistaneet uusien materiaalien luomisen, joilla on hyvät johtavuusominaisuudet.
Vaikka luonnossa löydetyn lämpöä johtavan materiaalin, kuten kuparin, lämmönjohtavuus on 401 W / Km, hiilinanoputkien, joiden lämmönjohtavuus on lähellä 6600 W / Km, on raportoitu.
Eri materiaalien lämmönjohtavuusarvot voidaan nähdä seuraavasta taulukosta:
Viitteet
- Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Hiilinanoputkien epätavallisen korkea lämmönjohtavuus. Fyysisten arvostelujen kirjeet. 2000; 84: 4613
- Chen Q. et ai. Vaihtoehtoinen kriteeri lämmönsiirron optimoinnissa. Proceedings of the Royal Society A: Matemaattiset, fysikaaliset ja tekniikan tieteet, 2011; 467 (2128): 1012-1028.
- Cortes L. et ai. 2010. Materiaalien lämmönjohtavuus. Metrologian symposium.
- Kaufman WC Bothe D. Meyer SD Qutdoor-vaatemateriaalien lämpöeristysominaisuudet. Science. 1982; 215 (4533): 690–691.
- Kern D. 1965. Lämmönsiirtoprosessit. McGraw-mäki.
- Merabia S. et ai. Lämmönsiirto nanohiukkasista: vastaava tila-analyysi. Amerikan yhdysvaltojen kansallisen tiedeakatemian julkaisut. 2009; 106 (36): 15113-15118.
- Salunkhe PB Jaya Krishna D. Latentin lämmön varastointimateriaalien tutkimukset aurinkoveden ja tilan lämmityksen sovelluksissa. Lehti energian varastoinnista. 2017; 12: 243 - 260.