9 VÄRMELEDARE OCH DERAS EGENSKAPER - VETENSKAP - 2025

De värmeledare är material vars struktur är sådan att värme kan passera genom dem lätt. Det måste komma ihåg att all materia består av atomer och molekyler i konstant vibrationsrörelse, och att värmen leder till större omrörning av dessa partiklar.

Vissa material leder värme bättre än andra, eftersom deras interna konfiguration underlättar detta energiflöde. Trä är till exempel inte en god värmeledare eftersom det tar lång tid att värma upp. Men å andra sidan är järn, koppar och andra metaller, vilket innebär att deras partiklar får kinetisk energi mycket snabbt.

Termiskt fett som används i datorchips är en bra ledare för värme, men inte el. Källa: Wikimedia Commons.

Det är därför metall är favoriterna för att tillverka köksredskap, till exempel krukor och kastruller. De värms upp snabbt och når temperaturer som är tillräckligt höga för att maten ska laga rätt.

Handtag och handtag som är i kontakt med användarens händer är emellertid tillverkade av andra värmeisolerande material. På detta sätt är kokkärlen lätt att hantera även om de är heta.

Typ av ledare

Beroende på deras sätt att leda värme klassificeras material i:

- Termiska ledare : bland annat diamant och metaller som koppar, järn, zink och aluminium. Vanligtvis är goda elektriska ledare också goda ledare av värme.

- Värmeisolatorer : trä, gummi, glasfiber, plast, papper, ull, anime, kork, polymerer är bra exempel. Gaser är inte heller goda ledare.

Materialets värmeledningsförmåga

Egenskapen som i sig kännetecknar hur var och en av dem leder värme kallas värmeledningsförmåga. Ju högre värmeledningsförmåga hos ett ämne, desto bättre ledar det värme.

Ämnens värmeledningsförmåga bestäms experimentellt. I SI International System of Units mäts värmeledningsförmågan i Watt / (meter x kelvin) eller W / (mK). Det tolkas på följande sätt:

En annan enhet för värmeledningsförmåga som används i angelsaksiska länder är BTUH / (ft.ºF), där BTUH står för British Thermal Unit per timme.

Värme flödar genom det fasta ämnet när det finns en skillnad i temperatur mellan dess ändar. Källa: Wikimedia Commons.

Värmeledningsförmåga

Nedan visas värmeledningsförmågan hos vissa element och material som finns i naturen och som ofta används i industrin.

Det bör emellertid noteras att det finns syntetiska föreningar, fortfarande i försöksfasen, vars värmeledningsförmåga långt överskrider diamantens, som står över bordet.

Temperaturen är avgörande i värdet på värmeledningsförmågan hos metaller. När temperaturen ökar, minskar även värmeledningsförmågan (även om den elektriska konduktiviteten minskar). För icke-metaller är värmeledningsförmågan ungefär konstant över ett brett temperaturområde.

Värdena i tabellen anges vid 25 ° C och 1 atmosfärstryck.

När du väljer ett material för dess termiska egenskaper är det nödvändigt att beakta att det expanderar med värme. Denna kapacitet ges av värmeutvidgningskoefficienten.

Huvudledare

Diamant

Diamond är naturens bästa värmeledare. Källa: Robert Lavinsky via Wikimedia Commons.

Det är den bästa värmeledaren vid rumstemperatur, mycket bättre än koppar och annan metall. I diamant, som är en elektrisk isolator, flödar inte värme genom ledningselektroner utan genom utbredningen av vibrationer i dess mycket organiserade kristallina struktur. Dessa vibrationer kallas fononer.

Den har också en låg värmeutvidgningskoefficient, vilket innebär att dess dimensioner förblir nära de ursprungliga när de värms upp. När en bra värmeledare krävs som inte leder elektricitet, är diamant det bästa alternativet.

Som ett resultat används det ofta för att ta bort värmen som produceras av kretsar i datorer och andra elektroniska enheter. Men det har en stor nackdel: det är extremt dyrt. Även om det finns syntetiska diamanter är de inte lätta att göra och de är också dyra.

Silver

Silvermynt

Det är en mycket uppskattad metall för ornament på grund av dess glans, färg och formbarhet. Den är motståndskraftig mot oxidation och bland alla metaller är den den med högsta värmeledningsförmåga, liksom utmärkt elektrisk konduktivitet.

Av denna anledning har den flera tillämpningar inom industrin, både ensamma och i legeringar med andra element som nickel och palladium.

Med rent silver, tryckta kretsar tillverkas högtemperatur-superledande kablar och ledare som används i elektronik beläggs, förutom att de används i legering för att skapa elektriska kontakter.

Det har nackdelen att vara relativt knapp och därför dyr, men den unika kombinationen av fysiska egenskaper för dessa applikationer gör det till ett utmärkt alternativ, eftersom det är mycket flexibelt och med det erhålls ledare med god längd.

Koppar

Koppartrådar

Det är en av de mest använda metallerna när god värmeledningsförmåga krävs, eftersom den inte korroderar lätt och dess smältpunkt är ganska hög, vilket innebär att den inte smälter lätt när den utsätts för värme.

Andra fördelar den har är dess duktilitet, förutom att den inte är magnetisk. Koppar är återvinningsbart och är mycket billigare än silver. Emellertid är dess värmeutvidgningskoefficient hög, vilket innebär att dess dimensioner förändras märkbart vid uppvärmning.

På grund av dess goda termiska egenskaper används den ofta i köksredskap, till exempel kopparkrukor täckta med stål. Även för att tillverka värmeväxlare i varmvattenbehållare, i centralvärmesystem, bilradiatorer och för att sprida värme i elektroniska apparater.

Guld

Prehispanic guldmask

Det är ädla metaller i högsta kvalitet och har en överlägsen plats i mänsklighetens historia. Bortsett från denna speciella betydelse är guld formbart, motståndskraftigt och en utmärkt ledare av värme och elektricitet.

Eftersom guld inte korroderar används det för att bära små strömmar i elektroniska komponenter i fast tillstånd. Dessa strömmar är så små att de lätt kan avbrytas vid minsta tecken på korrosion, varför guld garanterar tillförlitliga elektroniska komponenter.

Det används också för att tillverka hörlurskontakter, kontakter, reläer och i patchkablar. Enheter som smartphones, miniräknare, bärbara datorer och stationära datorer och TV-apparater innehåller små mängder guld.

De speciella glasögonen för luftkonditioneringsutrymmen innehåller också spridda guld, på ett sådant sätt att de hjälper till att reflektera solens strålning utanför och håller färskheten inuti när det är mycket varmt. På samma sätt hjälper de att hålla den inre värmen i byggnaden när det är vinter.

Litium

Litium jon batteri. Författare: Mr. ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * fotograferingsdag, augusti 2005 * fotograferingsperson Aney. Källa: Wikimedia Commons.

Det är den lättaste av alla metaller, även om den är mycket reaktiv så att den korroderar lätt. Du måste också hantera det med stor försiktighet, eftersom det är mycket brandfarligt. På grund av detta, även om det är rikligt, finns det inte i det fria tillståndet utan i föreningar, varför det i allmänhet måste isoleras med elektrolytiska metoder.

Dess värmeledningsförmåga liknar den för guld, men den är mycket billigare än detta. Litiumkarbonat är en förening som används vid tillverkning av värmebeständigt glas och keramik.

En annan utbredd användning av litium är tillverkningen av långvariga, lätta batterier, för vilka litiumklorid används för att utvinna metalliskt litium. Tillsatt i bearbetningen av aluminium ökar den dess elektriska ledningsförmåga och sänker driftstemperaturerna.

Aluminium

Hink i aluminium. Källa: Carsten Niehaus

Denna lätta, billiga, mycket resistenta och lättbearbetade metall är ett av de viktigaste materialen som används för att tillverka värmeväxlare i luftkonditioneringsutrustning, till exempel luftkonditioneringsapparater och värmare.

Både inhemskt och industriellt används aluminiumredskap i stor utsträckning i kök runt om i världen.

Aluminiumredskap som krukor, kastruller och bakplåtar är extremt effektiva. De ändrar inte smaken på maten och låter värmen sprida sig snabbt och jämnt vid matlagning.

Oavsett hur aluminiumkrukor och kokkärl har förskjutits av rostfritt stål, vilket inte är lika bra värmeledare. Detta beror på att rostfritt stål inte reagerar med starkare syror, till exempel tomatsås.

Det är därför det är att föredra att göra tomatsåsar i stålredskap för att förhindra att aluminium tränger in i maten, eftersom vissa har förknippat aluminium - närvarande i antacida, talk, deodoranter och många andra produkter - med utseendet av degenerativa sjukdomar, även om de flesta av experterna, liksom FDA, avvisar denna hypotes.

Aluminium kastrull i förgrunden. Källa: Pixabay.

Köksartiklar gjorda av anodiserad aluminium riskerar inte att släppa ut aluminiumpartiklar och kan i princip användas med större säkerhet.

Brons

Bronsen av dessa gamla klockor visar användbarheten av metaller för prydnadsändamål eller religiösa ändamål. Källa: Pxhere.

Brons är en legering av koppar och tenn huvudsakligen, med andra metaller i mindre utsträckning. Det har funnits sedan antiken i mänsklighetens historia.

Det är så viktigt att en förhistningsperiod till och med har kallats bronsåldern, den tiden då människor upptäckte och började använda egenskaperna hos denna legering.

Brons är resistent mot korrosion och lätt att arbeta med. Ursprungligen användes det för att tillverka olika redskap, verktyg, smycken, konstföremål (skulpturer till exempel) och vapen, samt för att mynta mynt. Idag används det fortfarande för att göra rör, mekaniska delar och musikinstrument.

Zink

Titta på glas med zinkoxid. Källa: Adam Rędzikowski

Det är en mycket formbar och duktil blåvit metall, lätt att arbeta med, även om den har en låg smältpunkt. Det har varit känt sedan forntiden, främst använt i legeringar.

Det används för närvarande för att galvanisera stål och därmed skydda det mot korrosion. Också för att tillverka batterier, pigment och tillverka speciella zinkplåtar för byggbranschen.

Järn

Strykjärn på en magnet. Källa: Aney via Commons Wikimedia.

Järn är en annan metall med stor historisk betydelse. Liksom brons är järn kopplat till ett förhistoriskt stadium där stora tekniska framsteg inträffade: järnåldern.

Idag fortsätter gjutjärn att ha många applikationer för att tillverka verktyg, redskap, i konstruktion och som ett material för tillverkning av bildelar.

Järn är en mycket bra värmeledare, som vi har sett. Järnföremål distribuerar värmen mycket bra och håller den under lång tid. Den har också en hög smältpunkt, vilket gör det motståndskraftigt mot höga temperaturer, följaktligen dess användbarhet vid tillverkning av alla typer av ugnar, både industriella och inhemska.

referenser

1. CK-12. Värmeledare och isolatorer. Återställd från: ck12.org.
2. Koppar: Egenskaper och applikationer. Återställd från: copperalliance.org.
3. Effunda. Egenskaper hos allmänna fasta material. Återställs från efunda.com
4. Hill, D. Termiska egenskaper hos gjutjärn. Återställd från: ehow.com.
5. King, H. De många användningarna av guld. Återställd från: geology.com.
6. Litium. Återställd från: gob.mx.
7. Återkreativ fysik. Värmeöverföring. Återställd från: fisicarecreativa.com.
8. Wikipedia. Lista över värmeledningar. Återställd från: es.wikipedia.org.