Теплопроводность — способность материала передавать теплоту. Для количественного определения этой характеристики используется коэффициент теплопроводности, который равен количеству тепла, проходящему за 1 час через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м 2 при разности температур на противоположных поверхностях 1°С. Теплопроводность выражается в Вт/(м К) или Вт/(м градус Цельсия).
Теплопроводность зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости, влажности и средней температуры материала. Чем больше пористость (меньше средняя плотность), тем ниже теплопроводность материала. С увеличением влажности материала теплопроводность резко увеличивается, т.е. снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала.
Теплопроводность некоторых материалов, Вт/(м*k)
Хорошие проводники тепла
| Серебро | 407 |
| Медь | 384 |
| Золото | 308 |
| Алюминий | 209 |
| Латунь | 111 |
| Платина | 70 |
| Олово | 65 |
| Серый чугун | 50 |
| Бронза | 47-58 |
| Сталь | 47 |
| Свинец | 35 |
Золото! Камень! Провал! Ложная реакция на олово.
Плохие проводники тепла
| Ртуть | 8,2 |
| Котельная накипь | ~3 |
| Мрамор | 2,8 |
| Лёд (0°С) | 2,23 |
| Песчаник | ~2 |
| Фарфор | ~1,4 |
| Кварцевое стекло | 1,36 |
| Бетон | 0,7-1,2 |
| Стекло | ~0,7 |
| Кирпич | ~0,7 |
| Вода | 0,58 |
Теплоизоляторы
| Асбест | 0,4-0,8 |
| Поливинилхлорид | ~0,17 |
| Кожа | ~0,15 |
| Дерево | 0,1-0,2 |
| Древесный уголь | 0,1-0,17 |
| Пробка | ~0,05 |
| Стекловата | ~0,05 |
| Шамот | 0,04 |
| Пенопласт | 0,04 |
| Воздух | 0,034 |
| Перо | 0,02 |
| Вакуум | 0,00 |
14 авг 07 12 июл 23 48.5K
Источник: www.homedistiller.ru
7 главных проводников тепла
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).
Золото, как определить ложную и правильную реакцию на олово.
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
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
- Чунг Д. (2001). Материалы для теплопроводности. Прикладная теплотехника 21 , 1593 ± 1605.
- Фонд СК-12. (S.F.). Теплопроводники и изоляторы. Получено с ck12.org: ck12.org.
- SantoPietro, D. (S.F.). Что такое теплопроводность? Получено из ханакадемии: khanacademy.org.
- Инженерный ящик для инструментов. (S.F.). Теплопроводность обычных материалов и газов. Получено из engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.
Источник: ru.thpanorama.com
Физика 8 класс. Урок№4. Способы теплопередачи: теплопроводность.
Всем известно, что теплота может «путешествовать» с одного места на другое. Однако нам пока что неизвестно, каким же образом это происходит? Одинаково ли протекают теплообменные процессы в твёрдых телах, жидкостях и газах? И какова природа передачи теплоты? Чтобы ответить на эти вопросы, проведём эксперимент.
Возьмём железный гвоздь и стеклянную палочку и будем нагревать их концы в пламени спиртовки.
Через некоторое время мы почувствуем тепло. К пальцам, которые держат железный гвоздь, оно дойдёт гораздо быстрее, и вскоре мы не сможем удержать гвоздь, поскольку его температура значительно повысится. Стеклянную же палочку мы ещё долго сможем держать, хотя со временем и её температура повысится до такой степени, что будет печь пальцы.
В рассмотренном нами эксперименте происходит перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым. Вы сами можете привести множество примеров такого переноса теплоты.
Такая передача энергии происходит в результате столкновения частиц. Она передаётся как бы по цепочке, последовательно слой за слоем, и со временем температура всех частей тела выравнивается.
Проведём ещё один опыт. К металлическому стержню, закрепленному в штативе, с помощью воска или пластилина прикрепим несколько кнопок. Свободный конец стержня будем нагревать на пламени спиртовки.
Через некоторое время мы увидим, что кнопки начнут отпадать от стержня: сначала отпадёт та кнопка, которая находится ближе к пламени, а затем поочерёдно все остальные.
Поскольку кнопки отпадали не одновременно, то можно сделать вывод о том, что температура стержня повышалась постепенно.
Почему это происходит? Попробуем разобраться, используя знания, полученные нами на предыдущих уроках.