9 TEPELNÉ VODIČE A JEJICH VLASTNOSTI - VĚDA

Tyto topné vodiče jsou materiály, jejichž struktura je taková, že teplo může snadno projít přes ně. Je třeba si uvědomit, že veškerá hmota je složena z atomů a molekul v neustálém vibračním pohybu a že teplo se promítá do většího míchání těchto částic.

Některé materiály vedou teplo lépe než jiné, protože jejich vnitřní konfigurace usnadňuje tento tok energie. Například dřevo není dobrým vodičem tepla, protože zahřátí trvá dlouho. Ale na druhé straně železo, měď a další kovy jsou, což znamená, že jejich částice získávají velmi rychle kinetickou energii.

Tepelné mazivo používané v počítačových čipech je dobrým vodičem tepla, ale nikoli elektřiny. Zdroj: Wikimedia Commons.

To je důvod, proč jsou kovy oblíbené pro výrobu kuchyňského náčiní, jako jsou hrnce a pánve. Rychle se zahřívají a dosahují dostatečně vysokých teplot, aby se jídlo mohlo správně vařit.

Kliky a kliky, které jsou v kontaktu s rukama uživatele, jsou však vyrobeny z jiných tepelně izolačních materiálů. Tímto způsobem se pánve snadno ovládají, i když jsou horké.

Druhy vodičů

V závislosti na způsobu vedení tepla se materiály dělí na:

- Tepelné vodiče: diamant a kovy, jako je měď, železo, zinek a hliník. Obvykle dobré vodiče elektřiny jsou také dobré vodiče tepla.

- Tepelné izolátory: dřevo, guma, laminát, plast, papír, vlna, anime, korek, polymery jsou dobrými příklady. Plyny také nejsou dobré vodiče.

Tepelná vodivost materiálů

Vlastnost, která vnitřně charakterizuje způsob, jakým každý z nich vede teplo, se nazývá tepelná vodivost. Čím vyšší je tepelná vodivost látky, tím lépe vede teplo.

Tepelná vodivost látek se stanoví experimentálně. V mezinárodním systému jednotek SI se měří tepelná vodivost ve wattech / (metr x kelvin) nebo W / (mK). Vykládá se takto:

Další jednotkou pro tepelnou vodivost používanou v anglosaských zemích je BTUH / (ft.ºF), kde BTUH znamená British Thermal Unit za hodinu.

Teplo protéká pevnou látkou, pokud je mezi jejími konci rozdíl v teplotě. Zdroj: Wikimedia Commons.

Hodnoty tepelné vodivosti

Níže jsou uvedeny tepelné vodivosti některých prvků a materiálů vyskytujících se v přírodě a často používaných v průmyslu.

Je však třeba poznamenat, že existují syntetické sloučeniny, stále v experimentální fázi, jejichž tepelná vodivost daleko převyšuje tepelnou vodivost diamantu, který vede stůl.

Teplota je rozhodující pro hodnotu tepelné vodivosti kovů. Jak se teplota zvyšuje, zvyšuje se také tepelná vodivost (i když klesá elektrická vodivost). U nekovů je tepelná vodivost v širokém teplotním rozmezí zhruba konstantní.

Hodnoty v tabulce jsou uvedeny při 25 ° C a tlaku 1 atmosféry.

Při výběru materiálu pro jeho tepelné vlastnosti je třeba vzít v úvahu, že se rozšiřuje teplem. Tato kapacita je dána koeficientem tepelné roztažnosti.

Hlavní tepelné vodiče

diamant

Diamant je nejlepší tepelný dirigent v přírodě. Zdroj: Robert Lavinsky prostřednictvím Wikimedia Commons.

Je to nejlepší tepelný vodič při pokojové teplotě, mnohem lepší než měď a jakýkoli jiný kov. V diamantu, který je elektrickým izolátorem, teplo neproudí vodivými elektrony, ale šíří se vibrace ve své vysoce organizované krystalické struktuře. Tyto vibrace se nazývají fonony.

Má také nízký koeficient tepelné roztažnosti, což znamená, že jeho rozměry zůstanou po zahřátí blízko původním. Pokud je vyžadován dobrý tepelný vodič, který nevede elektřinu, je diamant tou nejlepší volbou.

V důsledku toho se široce používá k odvádění tepla produkovaného obvody v počítačích a jiných elektronických zařízeních. Má však hlavní nevýhodu: je to nesmírně drahé. I když existují syntetické diamanty, není snadné je vyrobit a jsou také drahé.

stříbrný

Stříbrné mince

Jedná se o vysoce ceněný kov pro ozdobu díky jeho lesku, barvě a poddajnosti. Je odolný vůči oxidaci a ze všech kovů je to ten, který má nejvyšší tepelnou vodivost a vynikající elektrickou vodivost.

Z tohoto důvodu má v průmyslu mnoho aplikací, a to jak samostatně, tak ve slitinách s jinými prvky, jako je nikl a palladium.

S čistými stříbro, tištěné obvody, vysokoteplotní supravodivé kabely jsou vyrobeny a vodiče používané v elektronice jsou pokryty, kromě toho, že jsou používány ve slitině pro elektrické kontakty.

Nevýhodou je, že je relativně vzácný, a proto drahý, ale díky jedinečné kombinaci fyzikálních vlastností je pro tyto aplikace vynikající alternativou, protože je velmi flexibilní a díky tomu se získají vodiče o dobré délce.

Měď

Měděné dráty

Je-li vyžadována dobrá tepelná vodivost, je to jeden z nejpoužívanějších kovů, protože snadno nekoroduje a jeho teplota tání je poměrně vysoká, což znamená, že se při vystavení teplu snadno neroztaví.

Další výhodou je jeho tažnost, kromě toho, že není magnetická. Měď je recyklovatelná a je mnohem levnější než stříbro. Jeho koeficient tepelné roztažnosti je však vysoký, což znamená, že se jeho rozměry při zahřívání výrazně mění.

Díky svým dobrým tepelným vlastnostem je široce používán v kuchyňských náčiních, jako jsou například měděné hrnce pokryté ocelí. Také vyrábět výměníky tepla v nádržích na horkou vodu, v ústředních topných systémech, autosoučástkách a rozptylovat teplo v elektronických zařízeních.

Zlato

Prehispánská zlatá maska

Je to vzácný kov par excellence a zaujímá významné místo v historii lidstva. Kromě tohoto zvláštního významu je zlato kujné, odolné a vynikající vodič tepla a elektřiny.

Protože zlato nekoroduje, používá se k přenášení malých proudů v pevných součástkách elektronických součástek. Tyto proudy jsou tak malé, že je lze snadno přerušit při sebemenším náznaku koroze, a proto zlato zaručuje spolehlivé elektronické součástky.

Používá se také k výrobě konektorů pro sluchátka, kontaktů, relé a propojovacích kabelů. Zařízení jako smartphony, kalkulačky, notebooky a stolní počítače a televizory obsahují malé množství zlata.

Speciální skla do klimatizačních prostorů také obsahují rozptýlené zlato, takže pomáhají odrážet sluneční záření venku a udržují čerstvost uvnitř, když je velmi horká. Stejně tak pomáhají udržovat vnitřní teplo v budově, když je zima.

Lithium

Lithium-iontová baterie. Autor: Mr. ちゅらさん. Lithium_Battery * den fotografie, srpen 2005 * osoba fotografování Aney. Zdroj: Wikimedia Commons.

Je nejlehčí ze všech kovů, i když velmi reaktivní, takže snadno koroduje. Musíte s ním také zacházet s velkou opatrností, protože je vysoce hořlavý. Z tohoto důvodu, ačkoli je hojný, se nenachází ve volném stavu, ale ve sloučeninách, a proto musí být izolován obecně elektrolytickými metodami.

Jeho tepelná vodivost je podobná jako u zlata, ale je mnohem levnější než tato. Uhličitan lithný je sloučenina používaná při výrobě tepelně odolného skla a keramiky.

Dalším rozšířeným použitím lithia je výroba trvanlivých, lehkých baterií, u nichž se k extrakci kovového lithia používá chlorid lithný. Přidáno do zpracování hliníku, zvyšuje jeho elektrickou vodivost a snižuje provozní teploty.

Hliník

Hliníkový kovový kbelík. Zdroj: Carsten Niehaus

Tento lehký, levný, vysoce odolný a snadno opracovatelný kov je jedním z hlavních materiálů používaných k výrobě výměníků tepla v klimatizačních zařízeních, jako jsou klimatizace a ohřívače.

V domácím i průmyslovém měřítku se hliníkové nádobí hojně používají v kuchyních po celém světě.

Hliníkové nádobí, jako jsou hrnce, pánve a plechy na pečení, jsou mimořádně účinné. Nemění chuť jídla a umožňují, aby se teplo při vaření rychle a rovnoměrně šířilo.

Bez ohledu na to byly hliníkové hrnce a pánve přemístěny z nerezové oceli, což není tak dobrý vodič tepla. Je to proto, že nerezová ocel nereaguje se silnějšími kyselinami, jako je například rajčatová omáčka.

Proto je vhodnější vyrábět rajčatové omáčky v ocelovém nádobí, aby se zabránilo vstupu hliníku do potravin, protože někteří spojili hliník - přítomný v antacidách, mastcích, deodorantech a mnoha dalších produktech - s výskytem degenerativních chorob, ačkoli většina odborníků, stejně jako FDA, tuto hypotézu odmítají.

Hliníková pánev v popředí. Zdroj: Pixabay.

Nádobí vyrobené z eloxovaného hliníku nemá riziko uvolňování hliníkových částic a může být v zásadě používáno s větší bezpečností.

Bronz

Bronz těchto starobylých zvonů ukazuje užitečnost kovů pro ozdobné nebo náboženské účely. Zdroj: Pxhere.

Bronz je slitina mědi a cínu hlavně, s jinými kovy v menší míře. Byl přítomen od dávných dob v historii lidstva.

Je tak důležité, že období pravěku bylo dokonce nazváno jako doba bronzová, doba, kdy lidé objevili a začali používat vlastnosti této slitiny.

Bronz je odolný vůči korozi a snadno se s ním pracuje. Zpočátku to bylo zvyklé na různé nádobí, nástroje, klenoty, umělecké předměty (například sochy) a zbraně, stejně jako k ražbě mincí. Dnes se stále používá k výrobě dýmek, mechanických součástí a hudebních nástrojů.

Zinek

Hodinkové sklo s oxidem zinečnatým. Zdroj: Adam Rędzikowski

Je to velmi kujný a tažný modrobílý kov, se kterým se snadno pracuje, i když s nízkou teplotou tání. Je známo již od starověku a používá se hlavně ve slitinách.

V současnosti se používá pro galvanizaci oceli a tím ji chrání před korozí. Také vyrábět baterie, pigmenty a vyrábět speciální zinkové plechy pro stavebnictví.

Žehlička

Železné piliny na magnetu. Zdroj: Aney přes Commons Wikimedia.

Železo je další kov s velkým historickým významem. Stejně jako bronz je i železo spojeno se stádiem prehistorie, ve kterém došlo k velkým technologickým pokrokům: k době železné.

Litina má dnes stále mnoho aplikací pro výrobu nástrojů, nástrojů, ve stavebnictví a jako materiál pro výrobu automobilových dílů.

Jak jsme viděli, železo je velmi dobrým vodičem tepla. Železné předměty distribuují teplo velmi dobře a udržují je po dlouhou dobu. Má také vysokou teplotu tání, díky čemuž je odolný vůči vysokým teplotám, a proto je užitečný při výrobě všech typů pecí, průmyslových i domácích.

Reference

CK-12. Tepelné vodiče a izolátory. Obnoveno z: ck12.org.
Měď: Vlastnosti a aplikace. Obnoveno z: copperalliance.org.
Effunda. Vlastnosti obecných pevných materiálů. Obnoveno z efunda.com
Hill, D. Tepelné vlastnosti litiny. Obnoveno z: ehow.com.
Král, H. Mnoho použití zlata. Obnoveno z: geology.com.
Lithium. Obnoveno z: gob.mx.
Re-kreativní fyzika. Přenos tepla. Obnoveno z: fisicarecreativa.com.
Wikipedia. Seznam tepelných vodivostí. Obnoveno z: es.wikipedia.org.

9 TEPELNÉ VODIČE A JEJICH VLASTNOSTI - VĚDA - 2025