חומרים המוליכים חום הם אלה המאפשרים חומים כדי שיועברו בצורה יעילה מאחד (או נוזל) טמפרטורת פני גבוהה ובטמפרטורה נמוכה.
חומרים מוליכים חום משמשים ביישומים הנדסיים שונים. בין היישומים החשובים ביותר הם בניית ציוד קירור, ציוד לפיזור חום ובכלל כל ציוד הדורש חילופי חום בתהליכים שלו.
הולכת חום בחומר
חומרים שאינם מוליכי חום טובים מכונים מבודדים. בין חומרי הבידוד המשומשים ביותר ניתן למצוא שעם ועץ.
מקובל שחומרים המוליכים חום היטב הם גם מוליכי חשמל טובים. כמה דוגמאות לחומרים מוליכים טובים לחום וחשמל הם אלומיניום, נחושת וכסף, בין היתר.
חומרים שונים ותכונות הולכת החום שלהם ניתן למצוא במדריכי כימיה המסכמים את תוצאות ההולכה הניסיונית שבוצעו על חומרים אלה.
הולכת חום
הולכה היא העברת חום המתרחשת בין שתי שכבות של אותו חומר או בין משטחים במגע של שני חומרים שאינם מחליפים חומר.
במקרה זה, העברת החום בחומרים מתרחשת בזכות ההתנגשויות המולקולריות המתרחשות בין השכבות או המשטחים.
זעזועים מולקולריים מאפשרים חילופי אנרגיה פנימית וקינטית בין אטומי החומר.
לפיכך, השכבה או המשטח עם האטומים של אנרגיה פנימית וקינטית גבוהה יותר מעבירים את האנרגיה לשכבות או משטחים של אנרגיה נמוכה יותר, וכך מגדילים את הטמפרטורה שלהם.
לחומרים שונים יש מבנים מולקולריים שונים הגורמים שלא לכל החומרים יש את אותה יכולת להוביל חום.
מוליכות תרמית
כדי לבטא את יכולתו של חומר או נוזל להוליך חום, משתמשים בתכונה הפיזית "מוליכות תרמית", המיוצגת בדרך כלל על ידי האות k.
מוליכות תרמית היא מאפיין שיש למצוא בניסוי. הערכות ניסיוניות של מוליכות תרמית לחומרים מוצקים הן יחסית פשוטות, אך התהליך מורכב עבור מוצקים וגזים.
מוליכות תרמית לחומרים ונוזלים מדווחת לכמות חומר בשטח זרימה של מטר מרובע, עובי של מטר, למשך שעה בהפרש טמפרטורה של 1 מעלות צלזיוס.
מחממים חומרים מוליכים
למרות שבתיאוריה כל החומרים יכולים להעביר חום, יש כאלה שמוליכים הולכה טובה יותר מאחרים.
בטבע ישנם חומרים כמו נחושת או אלומיניום שהם מוליכי חום טובים, אולם מדעי החומרים, הננו-טכנולוגיה והנדסה אפשרו ליצור חומרים חדשים עם תכונות הולכה טובות.
בעוד שחומר מוליך חום כמו נחושת, שנמצא בטבע, בעל מוליכות תרמית של 401 W / K m, דווח על צינורות פחמן המיוצרים במוליכות תרמית קרוב ל 6600 W / K m.
ניתן לראות ערכי מוליכות תרמית עבור חומרים שונים בטבלה הבאה:
הפניות
- Berber S. Kwon Y. Tomanek D. יוצא דופן מוליכות תרמית גבוהה של צינורות פחמן. מכתבי ביקורות גופניות. 2000; 84: 4613
- חן ש 'ואח'. קריטריון חלופי לאופטימיזציה של העברת חום. הליכי החברה המלכותית א ': מדעי מתמטיקה, פיזיקה והנדסה, 2011; 467 (2128): 1012-1028.
- Cortes L. et al. 2010. מוליכות תרמית של חומרים. סימפוזיון מטרולוגיה.
- WC קאופמן בוטה ד. מאייר SD יכולות בידוד תרמי של חומרי לבוש מקוטור. מַדָע. 1982; 215 (4533): 690–691.
- Kern D. 1965. תהליכי העברת חום. גבעת מקגרו.
- Merabia S. et al. העברת חום מחלקיקים חלקיקים: ניתוח מצב מקביל. המשך האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית. 2009; 106 (36): 15113-15118.
- Salunkhe PB ג'איה קרישנה ד. חקירות על חומרים לאחסון חום סמוי ליישומי מים וחימום בחלל. כתב העת לאחסון אנרגיה. 2017; 12: 243-260.