Co jsou tepelně vodivé materiály?

The tepelně vodivé materiály jsou ty, které umožňují efektivní přenos tepla mezi povrchem (nebo kapalinou) s vysokou teplotou a jiným s nižší teplotou.

Tepelně vodivé materiály se používají v různých technických aplikacích. Mezi nejdůležitější aplikace patří konstrukce chladicích zařízení, zařízení pro rozptyl tepla a obecně jakákoli zařízení, která ve svých procesech vyžadují výměnu tepla..

Ty materiály, které nejsou dobrými vodiči tepla, se nazývají izolátory. Mezi nejpoužívanější izolační materiály patří korek a dřevo.

Je běžné, že materiály, které dobře vedou teplo, jsou také dobrými vodiči elektřiny. Některé příklady dobrých vodivých materiálů pro teplo a elektřinu jsou mimo jiné hliník, měď a stříbro..

Různé materiály a jejich příslušné vlastnosti vedení tepla lze nalézt v chemických příručkách, které shrnují výsledky experimentálního vedení provedené na těchto materiálech..

Vedení tepla

Vedení je přenos tepla, ke kterému dochází mezi dvěma vrstvami stejného materiálu nebo mezi povrchy ve styku dvou materiálů, které si nevyměňují hmotu.

V tomto případě dochází k přenosu tepla v materiálech díky molekulárním šokům, ke kterým dochází mezi vrstvami nebo povrchy..

Molekulární šoky umožňují výměnu vnitřní a kinetické energie mezi atomy materiálu.

Vrstva nebo povrch s atomy vyšší vnitřní a kinetické energie tedy přenáší energii do vrstev nebo povrchů s nižší energií, čímž zvyšuje jejich teplotu..

Různé materiály mají různé molekulární struktury, což způsobuje, že ne všechny materiály mají stejnou schopnost vést teplo.

Tepelná vodivost

K vyjádření schopnosti materiálu nebo tekutiny vést teplo se používá fyzikální vlastnost „tepelná vodivost“, kterou obvykle představuje písmeno k.

Tepelná vodivost je vlastnost, kterou je třeba najít experimentálně. Experimentální odhady tepelné vodivosti pro pevné materiály jsou relativně přímé, ale proces je složitý pro pevné látky a plyny..

Tepelná vodivost pro materiály a kapaliny se uvádí pro množství materiálu s průtokovou plochou 1 čtvereční stopa, tloušťka 1 stopa, po dobu jedné hodiny při teplotním rozdílu 1 ° K.

Tepelně vodivé materiály

Ačkoli teoreticky všechny materiály mohou přenášet teplo, některé mají lepší vedení než jiné.

V přírodě existují materiály, jako je měď nebo hliník, které jsou dobrými vodiči tepla, avšak věda o materiálech, nanotechnologie a inženýrství umožnily vytvoření nových materiálů s dobrými vodivými vlastnostmi..

Zatímco tepelně vodivý materiál, jako je měď, který se nachází v přírodě, má tepelnou vodivost 401 W / K m, byly hlášeny uhlíkové nanotrubičky vyrobené s tepelnou vodivostí blízkou 6600 W / K m..

Hodnoty tepelné vodivosti pro různé materiály jsou uvedeny v následující tabulce:

Reference

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Unusualy Vysoká tepelná vodivost uhlíkových nanotrubiček. Fyzické recenze dopisy. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. a kol. Alternativní kritérium v ​​optimalizaci přenosu tepla. Sborník Královské společnosti A: Matematické, fyzikální a technické vědy.2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. a kol. 2010. Tepelná vodivost materiálů. Metrologické sympozium.
4. Kaufman W. C. Bothe D. Meyer S.D. Schopnosti tepelné izolace oděvních materiálů Qutdoor. Věda. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Procesy přenosu tepla. Mcgraw kopec.
6. Merabia S. a kol. Přenos tepla z nanočástic: odpovídající analýza stavu. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. B. Jaya Krishna D. Výzkum materiálů na akumulaci latentního tepla pro aplikace solární vody a vytápění prostor. Journal of Energy Storage. 2017; 12: 243-260.