Ce sunt materialele de conducere a căldurii?

materialele conducătoare de căldură sunt acelea care permit căldura să fie transferată eficient între o suprafață (sau un lichid) cu temperatură ridicată și o temperatură mai scăzută.

Materialele conducătoare de căldură 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 schimbarea căldurii în procesele lor.

Acele materiale care nu sunt conductori de căldură sunt cunoscuți ca izolatori. Printre cele mai frecvent utilizate materiale de izolare sunt plută și lemn.

Este comun că materialele care conduc căldură bine sunt, de asemenea, conductori buni ai energiei electrice.

Câteva exemple de materiale bune care favorizează căldura și electricitatea sunt, printre altele, aluminiul, cuprul și argintul.

Diferitele materiale și proprietățile lor de conducere a căldurii pot fi găsite în manualele de chimie care rezumă rezultatele experimentale efectuate în aceste materiale.

Conducta de căldură

Conducta este transferul de căldură care are loc între două straturi din același material sau între suprafețele care intră în contact cu două materiale care nu schimbă materia.

În acest caz, transferul de căldură în materiale este dat datorită șocurilor 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 mai mare și energie cinetică se transferă către straturile sau suprafețele de energie inferioară, crescând astfel temperatura acestora.

Diferitele materiale au structuri moleculare diferite, ceea ce înseamnă că nu toate materialele au aceeași capacitate pentru a conduce căldură. 

Conductivitate termică

Pentru a exprima capacitatea unui material sau a unui fluid de a conduce căldură, se folosește "conductivitatea termică" a proprietății fizice, care este reprezentată de obicei prin 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.

Conductivitatea termică pentru materiale și fluide este raportată pentru o cantitate de material cu o suprafață de curgere de 1 picior pătrat, cu o grosime de 1 picior, timp de o oră la o diferență de temperatură de 1 K

Materiale conducătoare de căldură

Deși în teorie toate materialele pot transfera căldură, unele au conducere mai bună decât altele.

În natură există materiale cum ar fi cuprul sau aluminiu care sunt conductori buni ai căldurii, totuși știința materialelor, nanotehnologia și ingineria au permis crearea de materiale noi cu proprietăți bune de conducere.

În timp ce un material care conduce la căldură, cum ar fi cuprul, găsit în natură, are o conductivitate termică de 401 W / K, au fost raportate nanotuburi de carbon fabricate cu conductivități termice de aproape 6600 W / Km.

Valorile de conductivitate termică pentru diferite materiale pot fi văzute în următorul tabel:

referințe

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Conductivitatea termică neobișnuită și ridicată a nanotuburilor de carbon. Recenzii fizice. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. și colab. Un criteriu alternativ în optimizarea transferului de căldură. Lucrările Societății Regale A: Științe matematice, fizice și inginerești 2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. și colab. 2010. Conductivitatea termică a materialelor. Simpozionul metrologic
4. Kaufman W.C. Bothe D.Meyer S.D. Capacitățile termoizolante ale materialelor de îmbrăcăminte de tip Qutdoor. Știință. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Procesele de transfer termic. McGraw Hill.
6. Merabia S. și colab. Transferul de căldură din nanoparticule: o analiză de stat corespunzătoare. Procesele Academiei Naționale de Științe a Statelor Unite ale Americii. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. B. Jaya Krishna D. Investigații asupra materialelor de stocare a căldurii latente pentru aplicații solare de apă și de încălzire a spațiului. Jurnalul de stocare a energiei. 2017; 12: 243-260.