所述热导体是材料,其结构是这样的,热量可以通过它们容易。必须记住,所有物质都是由原子和分子以恒定的振动运动组成,并且热量转化为这些粒子的更大搅动。
某些材料的导热性能优于其他材料,因为它们的内部构造有利于这种能量流动。例如,木材不是很好的热导体,因为它需要很长时间才能加热。但是另一方面,铁,铜和其他金属是铁,这意味着它们的粒子非常快地获得动能。
计算机芯片中使用的导热油脂是良好的热导体,而不是电。资料来源:维基共享资源。
这就是为什么金属是制作厨房用具(例如锅碗瓢盆)的最爱的原因。它们迅速加热并达到足以使食物正确烹饪的温度。
但是,把手和与使用者的手接触的把手由其他绝热材料制成。这样,即使锅很热也很容易处理。
导体类型
根据其导热方式,材料可分为:
- 导热体:金刚石和金属,例如铜,铁,锌和铝等。通常,良好的电导体也是良好的热导体。
- 隔热材料:木材,橡胶,玻璃纤维,塑料,纸张,羊毛,动漫,软木,聚合物是很好的例子。气体也不是好的导体。
材料的导热系数
本质上表征它们各自传导热量的特性的特性称为热导率。物质的热导率越高,其导热性越好。
物质的导热系数是通过实验确定的。在国际单位制国际单位制中,热导率以瓦特/(米×开尔文)或瓦特/(mK)测量。其解释如下:
在盎格鲁-撒克逊国家使用的另一种导热系数单位是BTUH /(ft.ºF),其中BTUH代表每小时的英国热量单位。
当其两端之间存在温差时,热量会流过该固体。资料来源:维基共享资源。
导热系数值
以下是自然界中经常使用的某些元素和材料的热导率。
但是,应该指出的是,仍然处于实验阶段的合成化合物的导热系数远远超过了钻石的导热系数。
温度对金属的导热系数起决定性作用。随着温度升高,热导率也随之升高(尽管电导率降低)。对于非金属,热导率在很宽的温度范围内大致恒定。
表格中的值是在25ºC和1个大气压下指定的。
在选择具有热性能的材料时,必须考虑到它会随着热量而膨胀。该容量由热膨胀系数给出。
主导热体
钻石
钻石是自然界中最好的导热体。资料来源:Robert Lavinsky,来自Wikimedia Commons。
它是室温下最好的导热体,远胜于铜和任何其他金属。在作为电绝缘体的金刚石中,热量不流过传导电子,而是流过其高度组织的晶体结构中的振动传播。这些振动称为声子。
它还具有低的热膨胀系数,这意味着它的尺寸在加热时将保持接近原始尺寸。当需要良好的不导电的导热体时,钻石是最佳选择。
结果,它被广泛用于消除计算机和其他电子设备中的电路所产生的热量。但是它有一个主要的缺点:它非常昂贵。尽管有人造钻石,但它们不易制造,而且价格昂贵。
银
银币
由于其光泽,颜色和可延展性,它是一种用于装饰的高度赞赏的金属。它具有抗氧化性,在所有金属中,它是具有最高导热率和极佳导电率的金属。
因此,它在工业上有多种应用,无论是单独应用还是与其他元素(例如镍和钯)的合金一起应用。
用纯银制成的印刷电路,除了用于合金中进行电接触外,还制造了高温超导电缆,并涂覆了电子中使用的导体。
它的缺点是相对稀缺,因此价格昂贵,但是对于这些应用,物理性能的独特组合使其成为极好的替代品,因为它非常柔软,并因此获得了长度良好的导体。
铜
铜线
当需要良好的导热性时,它是最常用的金属之一,因为它不容易腐蚀并且熔点很高,这意味着当暴露于热时它不容易熔化。
它除了不具有磁性外,还具有延展性的其他优点。铜是可回收的,并且比银便宜得多。但是,其热膨胀系数很高,这意味着其尺寸在加热时会发生明显变化。
由于其良好的热性能,它被广泛用于厨房用具,例如覆有钢的铜锅。还可以在热水箱,中央供暖系统,汽车散热器中制造热交换器,并散发电子设备中的热量。
金
西班牙裔黄金面膜
它是卓越的贵金属,在人类历史上占有重要地位。除此特殊含义外,金还具有延展性,抗性和出色的热和电导体。
由于金不会腐蚀,因此用于在固态电子元件中承载小电流。这些电流是如此之小,以至于在丝毫腐蚀的迹象下很容易中断,这就是为什么金保证了可靠的电子元件。
它也用于制造耳机连接器,触点,继电器和跳线。智能手机,计算器,笔记本电脑和台式机以及电视等设备都含有少量黄金。
用于空调空间的特殊玻璃还包含分散的金,以帮助将太阳的辐射反射到外部,从而在炎热时保持内部的新鲜度。同样,它们有助于在冬天时保持建筑物的内部热量。
锂
锂离子电池。作者:Mr先生。Lithium_Battery *摄影日,2005年8月*摄影人Aney。资料来源:维基共享资源。
它是所有金属中最轻的,尽管非常活泼,所以容易腐蚀。您还必须非常小心地处理它,因为它极易燃。因此,尽管它丰富,但不是以游离状态存在,而是以化合物存在,这就是为什么通常必须通过电解方法将其分离的原因。
它的导热率类似于金,但比它便宜得多。碳酸锂是用于制造耐热玻璃和陶瓷的化合物。
锂的另一种广泛用途是制造耐用,轻便的电池,为此,氯化锂用于提取金属锂。在铝加工中添加时,它增加了电导率并降低了工作温度。
铝
铝金属桶。资料来源:Carsten Niehaus
这种轻巧,便宜,高强度且易于加工的金属是用于制造空调设备(如空调和加热器)中的热交换器的主要材料之一。
在家庭和工业上,铝制厨具在世界各地的厨房中广泛使用。
铝制器具(例如锅,锅和烤盘)非常有效。它们不会改变食物的味道,并且在烹饪时可以使热量迅速而均匀地散发。
无论如何,铝制锅碗瓢盆已被不锈钢取代,不锈钢的导热性不佳。这是因为不锈钢不会与强酸发生反应,例如番茄酱。
这就是为什么最好在钢制餐具中制作番茄酱,以防止铝进入食物,因为有些铝与抗酸剂,滑石粉,除臭剂和许多其他产品中存在的铝有关,并伴有退行性疾病的出现,尽管大多数专家以及FDA都拒绝了这一假设。
在前景的铝锅。资料来源:
用阳极氧化铝制成的炊具没有释放铝粒的风险,原则上可以更安全地使用。
青铜
这些古老的钟声中的青铜展示了金属用于装饰或宗教用途的有用性。资料来源:Pxhere。
青铜主要是铜和锡的合金,其次是其他金属。它自古以来就存在于人类历史上。
非常重要的是,史前时期甚至被称为青铜时代,这是人们发现并开始使用这种合金特性的时期。
青铜耐腐蚀,易于使用。最初,它用于制造各种器皿,工具,珠宝,艺术品(例如雕塑)和武器,以及造币。今天,它仍然被用于制造管道,机械零件和乐器。
锌锌
手表玻璃上有氧化锌。资料来源:AdamRędzikowski
它是一种非常具有延展性和韧性的蓝白色金属,尽管熔点低,但易于加工。自古以来就已广为人知,主要用于合金中。
目前,它用于镀锌钢,从而保护其免受腐蚀。还可以制造电池,颜料并制造用于建筑业的特殊锌板。
铁
铁屑在磁铁上。资料来源:Aney通过Commons Wikimedia。
铁是另一种具有重要历史意义的金属。像青铜一样,铁与史前阶段联系在一起,在那之前,发生了巨大的技术进步:铁器时代。
如今,铸铁在制造和制造汽车零件所需的工具,器皿,建筑材料等方面继续具有许多应用。
如我们所见,铁是很好的热导体。铁物体散发的热量非常好,并且可以长时间保存。它还具有很高的熔点,使其耐高温,因此可用于制造所有类型的工业和家用烤箱。
参考文献
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