Плохие и хорошие проводники тепла: 7 главных проводников тепла / наука | Thpanorama

7 главных проводников тепла / наука | Thpanorama

проводники тепла Основными из них являются металлы и алмазы, композиты с металлической матрицей, композиты с углеродной матрицей, композиты с углеродной, графитовой и керамической матрицами..

Теплопроводность — это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло и может быть определено как: «Количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала — в нормальном направлении к поверхности единицы площади — из-за единичный температурный градиент в стационарных условиях «(The Engineering ToolBox, SF).

Другими словами, теплопроводность — это передача тепловой энергии между частицами материи, которые соприкасаются. Теплопроводность возникает, когда частицы более горячего вещества сталкиваются с частицами более холодного вещества и передают часть своей тепловой энергии более холодным частицам..

Вождение в определенных твердых и жидких средах обычно происходит быстрее, чем в газах. Материалы, которые являются хорошими проводниками тепловой энергии, называются тепловыми проводниками..

Металлы являются особенно хорошими проводниками тепла, потому что у них есть электроны, которые свободно перемещаются и могут передавать тепловую энергию быстро и легко (CK-12 Foundation, S.F.).

В целом, хорошие проводники электричества (металлы, такие как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, а электрические изоляторы (дерево, пластик и резина) — плохие проводники тепла..

Кинетическая энергия (средняя) молекулы в теплом теле выше, чем в самом холодном теле. Если две молекулы сталкиваются, происходит передача энергии от горячей молекулы к холоду.

Совокупный эффект всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от теплого тела к самому холодному телу (SantoPietro, S.F.).

Материалы с высокой теплопроводностью необходимы для теплопроводности, чтобы нагревать или охлаждать. Одной из наиболее важных потребностей является электронная промышленность.

Из-за миниатюризации и увеличения мощности микроэлектроники рассеяние тепла является ключом к надежности, производительности и миниатюризации микроэлектроники..

Теплопроводность зависит от многих свойств материала, особенно его структуры и температуры..

Коэффициент теплового расширения особенно важен, поскольку он указывает на способность материала расширяться при нагревании..

Металлы и бриллианты

Медь является наиболее часто используемым металлом, когда требуются материалы с высокой теплопроводностью..

Однако медь предполагает высокий коэффициент теплового расширения (CTE). Сплав инвара (64% Fe ± 36% Ni) имеет исключительно низкое CET между металлами, но очень плохую теплопроводность..

Алмаз является более привлекательным, поскольку он имеет очень высокую теплопроводность и низкую CET, но он дорогой (теплопроводность, S.F.).

Алюминий не такой проводящий, как медь, но имеет низкую плотность, что является привлекательным для авиационной электроники и приложений (например, ноутбуков), требующих небольшого веса.

Металлы являются тепловыми и электрическими проводниками. Алмазы и соответствующие керамические материалы могут использоваться для применений, требующих теплопроводности и электрической изоляции, но неметаллических.

Металлические матричные соединения

Одним из способов снижения CTE металла является формирование композиционного материала с металлической матрицей с использованием наполнителя с низким CTE..

Для этой цели используются керамические частицы, такие как AlN и карбид кремния (SiC), благодаря их комбинации высокой теплопроводности и низкого CTE..

Поскольку наполнитель обычно имеет более низкую CTE и более низкую теплопроводность, чем металлическая матрица, чем выше объемная доля заряда в композите, тем ниже CTE и ниже теплопроводность..

Соединения углеродной матрицы

Углерод является привлекательной матрицей для теплопроводящих соединений благодаря своей теплопроводности (хотя и не такой высокой, как у металлов) и низкой CTE (ниже, чем у металлов).

Кроме того, углерод устойчив к коррозии (более устойчив к коррозии, чем металлы) и имеет небольшой вес.

Другим преимуществом углеродной матрицы является ее совместимость с углеродными волокнами, в отличие от общей реакционной способности металлической матрицы и ее зарядов..

Следовательно, углеродные волокна являются доминирующим наполнителем для композитов с углеродной матрицей..

Углерод и графит

Полностью углеродный материал, изготовленный путем консолидации углеродов-предшественников углерода, ориентированных без связующего вещества и последующей карбонизации и необязательной графитизации, имеет теплопроводность в диапазоне от 390 до 750 Вт / мК в волокне материала.

Другим материалом является пиролитический графит (называемый ТПГ), заключенный в структурную оболочку. Графит (очень текстурированный с осями C зерен, предпочтительно перпендикулярными плоскости графита), имеет теплопроводность в плоскости 1700 Вт / м К (в четыре раза больше, чем у меди), но механически слаб из-за тенденции к вырезать в графитовой плоскости.

Керамические матричные соединения

Матрица из боросиликатного стекла привлекательна своей низкой диэлектрической проницаемостью (4,1) по сравнению с AlN (8,9), глиноземом (9,4), SiC (42), BeO (6,8), кубическим нитридом бора. (7.1), алмаз (5.6) и для стеклокерамики (5.0).

Низкое значение диэлектрической проницаемости желательно для приложений электронной упаковки. С другой стороны, стекло имеет низкую теплопроводность.

Матрица SiC является привлекательной из-за ее высокой CTE по сравнению с углеродной матрицей, хотя она не так теплопроводна, как углерод.

CTE углерода + углеродных соединений слишком низок, что приводит к снижению усталостной долговечности при использовании микросхем на плате (COB) с кварцевыми чипсами.

Углеродный композит с SiC-матрицей состоит из углерод-углеродного соединения, превращающего углеродную матрицу в SiC (Chung, 2001)..

ссылки

1. Чунг Д. (2001). Материалы для теплопроводности. Прикладная теплотехника 21 , 1593 ± 1605.
2. Фонд СК-12. (S.F.). Теплопроводники и изоляторы. Получено с ck12.org: ck12.org.
3. SantoPietro, D. (S.F.). Что такое теплопроводность? Получено из ханакадемии: khanacademy.org.
4. Инженерный ящик для инструментов. (S.F.). Теплопроводность обычных материалов и газов. Получено из engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.

Хороший проводник — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Cтраница 2

Хорошим проводником тепла являются металлы, плохим — сухой неподвижный воздух. Легкие пористые материалы плохо проводят тепло, так как их поры заполнены воздухом. Материалы, Я которых имеют значения меньше 0 2 вт / м-град, называют тепло-изоляционными. Вода обладает плохой теплопроводностью, однако коэффициент теплопроводности влажного материала резко увеличивается по сравнению с теплопроводностью его в сухом состоянии. Это объясняется тем, что вода в 20 — 25 раз лучше проводит тепло, чем воздух. Поэтому заполнение пор тела водой резко понижает его теплоизоляционные свойства.  [16]

Хорошими проводниками теплоты являются металлы, плохим проводником теплоты — сухой неподвижный воздух. Легкие пористые материалы плохо проводят теплоту, так как их поры заполнены воздухом. Материалы, коэффициент теплопроводности которых меньше 0 2 вт / ( м-град), называют теплоизоляционными. Вода обладает плохой теплопроводностью, однако коэффициент теплопроводности влажного материала резко увеличивается по сравнению с теплопроводностью его в сухом состоянии. Это объясняется тем, что вода в 20 — 25 раз лучше проводит теплоту, чем воздух. Поэтому заполнение пор тела водой резко понижает его теплоизоляционные свойства.  [17]

Хорошими проводниками тепла являются металлы ( серебро, медь, алюминий, сталь, чугун, ртуть) и их сплавы.  [18]

Путь тока в антеннах н окружающем пространстве.  [19]

Сравнительно хорошими проводниками являются только морская вода и сырая почва, а в случае искусственной земли — металлические поверхности. Проводимость верхнего слоя земной поверхности непостоянна и зависит от климатических и географических условий. Обычно земля не может служить хорошим экраном и энергия электромагнитной волны, проникая в почву, расходуется на тепловые потери.  [20]

Он хороший проводник тока, поэтому используется для изготовления электродов.  [21]

Схемы передачи тепла.  [22]

Есть хорошие проводники геп — lur.  [23]

Для хорошего проводника при h — l см темп — pa Т я 100 К является переходной: выше нее имеет место нормальный С.  [24]

Для хороших проводников электрического тока, которыми являются металлы, типичны высокие значения удельной объемной проводимости.  [25]

К хорошим проводникам относятся все металлы, Наилучшими проводниками являются медь и серебро & — они проводят тепло в два раза лучше, чем железо.  [26]

К хорошим проводникам относятся все металлы. Наилучшими проводниками являются медь и серебро — они проводят тепло в два раза лучше, чем железо.  [27]

В хороших проводниках, таких как, например, медь, где а 2 107 Ом — 1м — 1 и типичная частота v 2тг / и равна 10 ГГц, толщина скин-слоя имеет порядок 1 мкм.  [28]

Металлы — хорошие проводники тепла и электричества.  [29]

Натрий — хороший проводник тепла, поэтому его иногда применяют в качестве теплоносителя в клапанах авиационных двигателей, в машинах для литья под давлением и вообще там, где необходим равномерный обогрев в пределах 450 — 650 С.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Наука о теплопередаче: что такое теплопроводность?

Тепло — интересная форма энергии. Он не только поддерживает жизнь, делает нас комфортными и помогает нам готовить пищу, но понимание его свойств является ключом ко многим областям научных исследований. Например, знание того, как передается тепло и в какой степени различные материалы могут обмениваться тепловой энергией, определяет все, от строительства обогревателей и понимания сезонных изменений до отправки кораблей в космос.

Тепло может передаваться только тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Из них проводимость, пожалуй, наиболее распространена и регулярно встречается в природе. Короче говоря, это передача тепла через физический контакт. Это происходит, когда вы прижимаете руку к оконному стеклу, когда кладете кастрюлю с водой на активный элемент и когда кладете утюг в огонь.

Этот перенос происходит на молекулярном уровне — от одного тела к другому — когда тепловая энергия поглощается поверхностью и заставляет молекулы этой поверхности двигаться быстрее. При этом они сталкиваются со своими соседями и передают им энергию, и этот процесс продолжается до тех пор, пока добавляется тепло.

Теплопроводность осуществляется через любой материал, представленный здесь прямоугольным стержнем. Скорость, с которой он переносится, частично зависит от толщины материала (показатель A). Кредит: Безграничный

Процесс теплопроводности зависит от четырех основных факторов: градиента температуры, поперечного сечения вовлеченных материалов, длины их пути и свойств этих материалов.

Градиент температуры — это физическая величина, описывающая, в каком направлении и с какой скоростью изменяется температура в определенном месте. Температура всегда течет от самого горячего к самому холодному источнику, потому что холод есть не что иное, как отсутствие тепловой энергии. Этот перенос между телами продолжается до тех пор, пока не исчезнет разница температур и не наступит состояние, известное как тепловое равновесие.

Поперечное сечение и длина пути также являются важными факторами. Чем больше размер материала, участвующего в переносе, тем больше тепла требуется для его нагрева. Кроме того, чем больше площадь поверхности, которая подвергается воздействию открытого воздуха, тем выше вероятность потери тепла. Таким образом, более короткие объекты с меньшим поперечным сечением являются лучшим средством минимизации потерь тепловой энергии.

Последнее, но не менее важное, это физические свойства используемых материалов. По сути, когда дело доходит до теплопроводности, не все вещества одинаковы. Металлы и камень считаются хорошими проводниками, поскольку они могут быстро передавать тепло, тогда как такие материалы, как дерево, бумага, воздух и ткань, плохо проводят тепло.

Проводимость, демонстрируемая нагреванием металлического стержня пламенем. Предоставлено: Thomson Higher Education

Эти проводящие свойства оцениваются на основе «коэффициента», который измеряется по отношению к серебру. В этом отношении серебро имеет коэффициент теплопроводности 100, тогда как другие материалы имеют более низкий рейтинг. К ним относятся медь (92), железо (11), вода (0,12) и древесина (0,03). На противоположном конце спектра находится идеальный вакуум, который не способен проводить тепло и поэтому оценивается как нулевой.

Материалы, плохо проводящие тепло, называются изоляторами. Воздух, коэффициент проводимости которого равен 0,006, является исключительным изолятором, поскольку его можно удерживать в замкнутом пространстве. Вот почему искусственные изоляторы используют воздушные отсеки, такие как окна с двойным остеклением, которые используются для сокращения счетов за отопление. По сути, они действуют как буферы против потери тепла.

Перо, мех и натуральные волокна — все это примеры натуральных изоляторов. Это материалы, которые позволяют птицам, млекопитающим и людям оставаться в тепле. Морские выдры, например, живут в океанских водах, которые часто бывают очень холодными, и их роскошный густой мех согревает их. Другие морские млекопитающие, такие как морские львы, киты и пингвины, полагаются на толстые слои жира (он же ворвань) — очень плохой проводник — для предотвращения потери тепла через кожу.

Это вид носовой части космического корабля «Дискавери», построенного из термостойких углеродных композитов. Предоставлено: NASA

Та же самая логика применяется к изоляции домов, зданий и даже космических кораблей. В этих случаях методы включают либо захваченные воздушные карманы между стенами, стекловолокно (которое улавливает воздух внутри себя), либо пену высокой плотности. Космические корабли представляют собой особый случай и используют изоляцию в виде пены, армированного углеродного композитного материала и плитки из кварцевого волокна. Все они являются плохими проводниками тепла и, следовательно, предотвращают потерю тепла в космосе, а также предотвращают попадание экстремальных температур, вызванных входом в атмосферу, в кабину экипажа.

Посмотрите это видео-демонстрацию тепловых плит на космическом шаттле:

Законы, управляющие теплопроводностью, очень похожи на закон Ома, который регулирует электропроводность. В этом случае хорошим проводником является материал, который позволяет электрическому току (то есть электронам) проходить через него без особых проблем. Электрический изолятор, напротив, представляет собой любой материал, внутренние электрические заряды которого не текут свободно, и поэтому очень трудно проводить электрический ток под влиянием электрического поля.

В большинстве случаев материалы, плохо проводящие тепло, плохо проводят электричество. Например, медь хорошо проводит тепло и электричество, поэтому медные провода так широко используются в производстве электроники. Золото и серебро еще лучше, а там, где цена не имеет значения, эти материалы также используются при изготовлении электрических цепей.

И когда кто-то хочет «заземлить» заряд (т.е. нейтрализовать его), они посылают его через физическую связь на Землю, где заряд теряется. Это характерно для электрических цепей, где открытым металлом является фактор, гарантирующий, что люди, которые случайно вступят в контакт, не будут поражены электрическим током.

Изолирующие материалы, такие как резина на подошвах обуви, используются для защиты людей, работающих с чувствительными материалами или вблизи источников электричества, от электрических разрядов. Другие изоляционные материалы, такие как стекло, полимеры или фарфор, обычно используются в линиях электропередач и высоковольтных передатчиках, чтобы поддерживать подачу энергии в цепи (и ничего больше!)

Короче говоря, проводимость сводится к передаче тепла или перенос электрического заряда. И то, и другое происходит в результате способности вещества позволять молекулам передавать через себя энергию.

Мы написали много статей о дирижировании для Universe Today. Прочтите эту статью о первом законе термодинамики или эту о статическом электричестве.

Если вам нужна дополнительная информация о проводимости, ознакомьтесь со статьей BBC о теплопередаче, а вот ссылка на Гиперучебник по физике.

Мы также записали целую серию Astronomy Cast о магнетизме — серию 42: Magnetism Everywhere.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Важность хороших и плохих проводников тепла

Все металлы являются хорошими проводниками тепла, и они различны в проведении тепла, что означает, что некоторые металлы проводят тепло быстрее, чем другие, Тепло делает нас удобными и помогает нам для приготовления пищи, и это интересная форма энергии.

Некоторые материалы пропускают через себя тепло, и они известны как хорошие проводники тепла или теплопроводники, такие как железо, алюминий, медь, серебро, латунь, свинец и нержавеющая сталь.

Металлы являются лучшими проводниками, потому что они содержат свободные электроны, электроны легко перемещаются через металл, они получают кинетическую энергию от столкновений с горячими атомами и передают энергию при столкновении с холодными атомами, это больше передает тепло быстро.

Оставляя промежутки между железнодорожными стержнями, которые сделаны из железа, чтобы избежать железнодорожных аварий, где железо является хорошим проводником тепла, поэтому оно расширяется и скручивается от тепла.

Металлы хорошо проводят тепло.

Различные металлы по-разному проводят тепло: медь проводит тепло быстрее, чем алюминий, а алюминий проводит тепло быстрее, чем железо.

Теплоизоляторы

Некоторые материалы не пропускают тепло через себя и известны как плохие проводники тепла или теплоизоляторы. материалы, через которые тепло не проходит.

Теплоизоляторы, такие как дерево, стекло, бумага, шерсть, резина, жидкости, пластик, пробка, пенопласт, вакуум и газы, особенно воздух.

Люди получают пользу от воздуха в качестве изоляционного материала для сохранения тепла в холодных странах, воздух используется для изготовления изоляционных стеклянных окон.

Окно с изоляционным стеклом изготавливается путем склеивания двух стеклянных листов и оставления между ними пространства, заполненного воздухом для предотвращения утечки тепла.

Использование хороших и плохих проводников тепла

Алюминий, медь и нержавеющая сталь являются хорошими проводниками тепла, поскольку они являются металлами. Они используются для изготовления кастрюль и чайников, которые используются в домах и на фабриках. .

Кастрюли быстро нагреваются, и пища может быть приготовлена ​​быстрее, Пластмасса и дерево являются теплоизоляционными материалами, они используются для изготовления ручек кастрюль, утюга и чайников, Они помогают удобно их держать.

Шерсть является теплоизолятором, который используется при изготовлении тяжелых одеял и деревянной одежды. Так, они используются зимой, чтобы согреть тело и предотвратить утечку тепла, Волосы и мех животные являются плохими проводниками тепла и защищают их от холода.

Транспортные средства, перевозящие легковоспламеняющиеся материалы, такие как бензин, покрыты материалами, плохо проводящими тепло, чтобы бензин не нагревался и не воспламенялся.