Cele Materialele termoconductor sunt cele care permit căldurii să fie transferate în mod eficient de la unul (sau un lichid) de temperatură ridicată a suprafeței și o temperatură mai scăzută.
Materialele conductoare sunt utilizate în diferite aplicații de inginerie. Printre cele mai importante aplicații se numără construcția de echipamente de răcire, echipamente de disipare a căldurii și, în general, orice echipament care necesită schimb de căldură în procesele sale.
Conducerea căldurii într-un material
Acele materiale care nu sunt bune conductoare de căldură sunt cunoscute sub denumirea de izolatori. Printre cele mai utilizate materiale izolatoare sunt pluta și lemnul.
Este comun ca materialele care conduc bine căldura să fie, de asemenea, buni conductori de electricitate. Câteva exemple de materiale bune conductoare pentru căldură și electricitate sunt aluminiu, cupru și argint, printre altele.
Diferite materiale și proprietățile respective de conducere de căldură pot fi găsite în manualele de chimie care rezumă rezultatele experimentale de conducere efectuate pe aceste materiale.
Conducerea căldurii
Conducția este transferul de căldură care are loc între două straturi ale aceluiași material sau între suprafețele aflate în contact cu două materiale care nu fac schimb de materie.
În acest caz, transferul de căldură în materiale are loc datorită coliziunilor moleculare care apar între straturi sau suprafețe.
Șocurile moleculare permit schimbul de energie internă și cinetică între atomii materialului.
Astfel, stratul sau suprafața cu atomi de energie internă și cinetică superioară transferă energia straturilor sau suprafețelor cu energie mai mică, crescând astfel temperatura acestora.
Materiale diferite au structuri moleculare diferite, ceea ce face ca nu toate materialele să aibă aceeași capacitate de a conduce căldura.
Conductivitate termică
Pentru a exprima capacitatea unui material sau a unui fluid de a conduce căldura, se utilizează proprietatea fizică „conductivitatea termică”, care este de obicei reprezentată de litera k.
Conductivitatea termică este o proprietate care trebuie găsită experimental. Estimările experimentale ale conductivității termice pentru materialele solide sunt relativ simple, dar procesul este complex pentru solide și gaze.
Conductibilitatea termică pentru materiale și fluide este raportată pentru o cantitate de material cu o suprafață de curgere de 1 pătrat, o grosime de 1 picior, timp de o oră la o diferență de temperatură de 1 ° K.
Materiale conductoare de căldură
Deși în teorie toate materialele pot transfera căldura, unele au o conducere mai bună decât altele.
În natură există materiale precum cupru sau aluminiu care sunt buni conductori de căldură, cu toate acestea știința materialelor, nanotehnologia și ingineria au permis crearea de noi materiale cu proprietăți bune de conducere.
În timp ce un material care produce căldură, cum ar fi cuprul, găsit în natură, are o conductivitate termică de 401 W / K m, au fost raportate nanotuburi de carbon fabricate cu conductivități termice apropiate de 6600 W / K m.
Valorile conductivității termice pentru diverse materiale pot fi văzute în următorul tabel:
Referințe
- Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Conductivitate termică înaltă neobișnuită a nanotuburilor de carbon. Scrisori de recenzii fizice. 2000; 84: 4613
- Chen Q. și colab. Un criteriu alternativ în optimizarea transferului de căldură. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 2011; 467 (2128): 1012-1028.
- Cortes L. și colab. 2010. Conductivitatea termică a materialelor. Simpozion de metrologie.
- Kaufman WC Bothe D. Meyer SD Capacități de izolare termică a materialelor vestimentare Qutdoor. Ştiinţă. 1982; 215 (4533): 690–691.
- Kern D. 1965. Procese de transfer de căldură. Dealul McGraw.
- Merabia S. și colab. Transferul de căldură din nanoparticule: o analiză de stare corespunzătoare. Lucrări ale Academiei Naționale de Științe din Statele Unite ale Americii. 2009; 106 (36): 15113-15118.
- Salunkhe PB Jaya Krishna D. Investigații privind materialele de stocare a căldurii latente pentru aplicații de apă solară și încălzire spațială. Jurnalul de stocare a energiei. 2017; 12: 243-260.