9 HŐVEZETŐK ÉS JELLEMZŐIK - TUDOMÁNY - 2026

A hővezetők olyan anyagok, amelyek szerkezete olyan, hogy a hő könnyen átjuthat rajtuk. Emlékeztetni kell arra, hogy minden anyag atomokból és molekulákból áll, állandó vibrációs mozgásban, és hogy a hő ezen részecskék nagyobb megrázkódtatásához vezet.

Egyes anyagok jobban vezetnek hőt, mint mások, mert belső konfigurációjuk megkönnyíti ezt az energiaáramlást. Például a fa nem jó hővezető, mert a hő felmelegedése sokáig tart. De másrészt a vas, a réz és más fémek is vannak, ami azt jelenti, hogy részecskéik nagyon gyorsan megszerezik a kinetikus energiát.

A számítógépes chipeken használt hőzsír jó hővezető, de nem villamos. Forrás: Wikimedia Commons.

Ezért a fémek a kedvencek a konyhai eszközök készítéséhez, például edények és serpenyők. Gyorsan felmelegednek, és olyan magas hőmérsékletet érnek el, hogy az ételek megfelelő főzéshez készülhessenek.

A fogantyúk és fogantyúk, amelyek a felhasználó kezével érintkeznek, más hőszigetelő anyagból készülnek. Ily módon a serpenyőket még forró állapotban is könnyű kezelni.

A vezetők típusai

Az anyagokat a hővezetési módjuktól függően az alábbiak szerint kell besorolni:

- Hővezetők: többek között gyémánt és fémek, például réz, vas, cink és alumínium. Általában a jó villamos vezetők jó hővezetők is.

- Hőszigetelők: fa, gumi, üvegszál, műanyag, papír, gyapjú, anime, parafa, polimerek jó példák. A gázok sem jó vezetők.

Anyagok hővezető képessége

Az a tulajdonság, amely természeténél fogva jellemzi, hogy mindegyikük miként vezet hőt, hővezető képességnek nevezi. Minél nagyobb egy anyag hővezető képessége, annál jobb hővezető anyag.

Az anyagok hővezető képességét kísérletileg meghatározzuk. A SI Nemzetközi Egységrendszerben a hővezető képességet Watt / (méter x kelvin) vagy W / (mK) értékben mérik. Ezt a következőképpen kell értelmezni:

Az angolszász országokban alkalmazott másik hővezető egység a BTUH / (ft.ºF), ahol a BTUH óránként a brit hőegységet jelenti.

A hő folyik a szilárd anyagon, ha a végei között hőmérséklet-különbség mutatkozik. Forrás: Wikimedia Commons.

Hővezetési értékek

Az alábbiakban felsorolunk néhány, a természetben található és az iparban gyakran használt elem és anyag hővezető képességét.

Meg kell azonban jegyezni, hogy vannak olyan szintetikus vegyületek, még a kísérleti szakaszban, amelyek hővezető képessége messze meghaladja az asztalt vezető gyémánté.

A hőmérséklet meghatározó a fémek hővezető képességében. A hőmérséklet növekedésével a hővezető képesség is növekszik (bár az elektromos vezetőképesség csökken). Nemfémek esetében a hővezető képesség nagy hőmérsékleti tartományban nagyjából állandó.

A táblázatban szereplő értékeket 25 ° C-on és 1 atmoszférikus nyomáson adjuk meg.

Az anyag hő tulajdonságainak kiválasztásakor figyelembe kell venni, hogy az hővel tágul. Ezt a kapacitást a hőtágulási együttható adja meg.

Fő hővezetők

gyémánt

A gyémánt a természet legjobb hővezetője. Forrás: Robert Lavinsky a Wikimedia Commons segítségével.

Ez a legjobb hővezető szobahőmérsékleten, sokkal jobb, mint a réz és bármely más fém. A gyémántban, amely egy elektromos szigetelő, a hő nem az áramvezető elektronokon keresztül áramlik, hanem a rezgések terjedése révén annak rendkívül jól szervezett kristályszerkezetében. Ezeket a rezgéseket fononoknak nevezzük.

Ezenkívül alacsony hőtágulási együtthatója van, ami azt jelenti, hogy melegítésekor méretei az eredetihez közel maradnak. Ha olyan jó hővezetőre van szükség, amely nem vezet áramot, a gyémánt a legjobb megoldás.

Ennek eredményeként széles körben használják a számítógépek és más elektronikus eszközök áramkörei által termelt hő eltávolítására. Ennek azonban jelentős hátránya van: rendkívül drága. Noha vannak szintetikus gyémántok, ezeket nem könnyű elkészíteni, és drágák is.

Ezüst

Ezüst érmék

Ragyogása, színe és alakíthatósága miatt rendkívül elismert fém díszítéshez. Ellenáll az oxidációnak, és az összes fém közül a legnagyobb hővezető képességgel, valamint kiváló elektromos vezetőképességgel rendelkezik.

Ezért számos alkalommal alkalmazható az iparban, önmagában és más elemek, például nikkel és palládium ötvözeteiben.

Tiszta ezüsttel, nyomtatott áramkörökből készülnek magas hőmérsékletű szupravezető kábelek és bevonják az elektronikában használt vezetékeket, amellett, hogy ötvözetben használják az elektromos érintkezőket.

Ennek hátránya, hogy viszonylag kevés és ezért drága, de ezeknek az alkalmazásoknak a fizikai tulajdonságainak egyedülálló kombinációja kiváló alternatívát jelent, mivel nagyon rugalmas és vele együtt jó hosszúságú vezetékeket kapnak.

Réz

Rézhuzalok

Ez az egyik leggyakrabban használt fémek, amikor jó hővezetőképesség szükséges, mivel nem korrodálódik könnyen, és olvadáspontja meglehetősen magas, ami azt jelenti, hogy hő hatására nem olvad el könnyen.

További előnye, hogy rugalmas, és nem mágneses. A réz újrahasznosítható és sokkal olcsóbb, mint az ezüst. A hőtágulási együtthatója azonban magas, ami azt jelenti, hogy melegítéskor a méretei érzékelhetően megváltoznak.

Jó hőtulajdonságai miatt széles körben használják konyhai eszközökben, például acéllal borított rézedényekben. Hőcserélők előállítása melegvíz-tartályokban, központi fűtési rendszerekben, autó-radiátorokban, valamint a hő elvezetése az elektronikus eszközökben.

Arany

Elő-spanyol arany maszk

Ez a nemesfém par excellence és döntő helyet foglal el az emberiség történetében. Ezen a különleges jelentéseken kívül az arany alakítható, ellenálló és kiváló hő- és elektromos vezető.

Mivel az arany nem korrodálódik, kis áramok hordozására szolgál szilárdtest elektronikus alkatrészekben. Ezek az áramok olyan kicsik, hogy könnyen megszakíthatók a korrózió legkisebb jeleinél, ezért az arany garantálja a megbízható elektronikus alkatrészeket.

Fejhallgató-csatlakozók, érintkezők, relék és patch-kábelek gyártására is felhasználják. Az olyan eszközök, mint például okostelefonok, számológépek, laptopok és asztali számítógépek, valamint a televíziók kis mennyiségű aranyat tartalmaznak.

A légkondicionáló terek speciális üvegei diszpergált aranyat is tartalmaznak, oly módon, hogy elősegítsék a napfény sugárzásának visszatükröződését, és megőrizzék a frissességet belül, amikor nagyon meleg. Ugyanígy segítenek fenntartani az épület belső hőjét télen.

Lítium

Lítium-ion akkumulátor. Szerző: Mr. ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * fotózás napja, 2005. augusztus * fotós személy Aney. Forrás: Wikimedia Commons.

A fémek közül a legkönnyebb, bár nagyon reaktív, így könnyen korrodálódik. Nagyon óvatosan kell kezelnie, mert nagyon tűzveszélyes. Ennek következtében, bár bőséges, nem szabad állapotban, hanem vegyületekben található meg, ezért általában elektrolitikus módszerekkel kell elkülöníteni.

Hővezetőképessége hasonló az aranyéhoz, de ennél sokkal olcsóbb. A lítium-karbonát hőálló üveg és kerámia gyártásánál használt vegyület.

A lítium másik széles körben elterjedt felhasználása hosszú élettartamú, könnyű elemek gyártása, amelyekhez lítium-kloridot használnak a fém lítium kinyerésére. Az alumínium feldolgozásához hozzáadva növeli annak elektromos vezetőképességét és csökkenti az üzemi hőmérsékletet.

Alumínium

Alumínium fém vödör. Forrás: Carsten Niehaus

Ez a könnyű, olcsó, nagyon ellenálló és könnyen megmunkálható fém az egyik legfontosabb anyag a hőcserélők előállításához a légkondicionáló berendezésekben, például a légkondicionálókban és a fűtőberendezésekben.

Az alumínium edényeket mind belföldön, mind iparilag széles körben használják a világ konyháiban.

Az alumínium edények, például edények, serpenyők és sütőlapok rendkívül hatékonyak. Nem változtatják meg az élelmiszer ízét, és főzés közben lehetővé teszik a hő gyors és egyenletes terjedését.

Függetlenül attól, hogy az alumínium edényeket és serpenyőket rozsdamentes acél váltotta fel, ami nem olyan jó hővezető. Ennek oka az, hogy a rozsdamentes acél nem reagál erősebb savakkal, mint például a paradicsomszósz.

Ezért ajánlatos paradicsomos szószokat acél edényekben elkészíteni, hogy megakadályozzák az alumínium táplálékba jutását, mivel egyesek az aluminiumot - antacidokban, talkumban, dezodorokban és sok más termékben - a degeneratív betegségek megjelenésével társították, bár a legtöbb szakértő, valamint az FDA elutasítja ezt a hipotézist.

Alumínium serpenyő az előtérben. Forrás: Pixabay.

Az eloxált alumíniumból készült edényeknek nem áll fenn az alumínium részecskék felszabadulásának kockázata, és elvben nagyobb biztonsággal használhatók.

Bronz

Ezeknek az ősi harangoknak a bronza mutatja a fémek hasznosságát díszítő vagy vallási célokra. Forrás: Pxhere.

A bronz főként réz és ón ötvözete, kisebb mértékben más fémekkel. Az ősidők óta jelen van az emberiség történetében.

Annyira fontos, hogy az őskor egy korszakát még a bronzkornak is nevezték, amikor az emberek felfedezték és elkezdték használni az ötvözet tulajdonságait.

A bronz korrózióálló és könnyen kezelhető. Kezdetben különféle edények, szerszámok, ékszerek, művészeti tárgyak (például szobrok) és fegyverek készítésére, valamint érmék vermére használták. Manapság még mindig csövek, mechanikus alkatrészek és hangszerek gyártására használják.

Cink

Nézze meg az üveget cink-oxiddal. Forrás: Adam Rędzikowski

Ez egy nagyon formázható és elasztikus kékesfehér fém, könnyen kezelhető, bár alacsony olvadáspontú. Az ókorban ismert, főleg ötvözetekben.

Jelenleg acél galvanizálására és ezáltal a korrózió elleni védelemre használják. Elemek, pigmentek gyártására és speciális cinklemezek gyártására az építőipar számára.

Vas

Vasreszelékek a mágnesen. Forrás: Aney a Commons Wikimedia-on keresztül.

A vas egy másik fém, amely nagy történelmi jelentőséggel bír. A bronzhoz hasonlóan a vas az őskor olyan szakaszához kapcsolódik, amelyben nagy technológiai fejlődés történt: a vaskor.

Manapság az öntöttvas továbbra is számos alkalmazásban van szerszámok, edények gyártásához, építéshez és gépjárműalkatrészek gyártásához.

A vas nagyon jó hővezető, amint láttuk. A vas tárgyak nagyon jól osztják el a hőt, és hosszú ideig megtartják. Magas olvadáspontú, ami ellenáll a magas hőmérsékletig, ezért hasznos minden típusú kemence gyártásában, mind ipari, mind háztartási kemencékben.

Irodalom

1. CK-12. Hővezetők és szigetelők. Helyreállítva: ck12.org.
2. Réz: Tulajdonságok és alkalmazások. Helyreállítva: copperalliance.org.
3. Effunda. A szokásos szilárd anyagok tulajdonságai. Helyreállítva az efunda.com webhelyről
4. Hill, D. Öntöttvas termikus tulajdonságai. Helyreállítva: ehow.com.
5. King, H. Az arany sokféle felhasználása. Helyreállítva: geology.com.
6. Lítium. Helyreállítva: gob.mx.
7. Újrakreatív fizika. Hőátvitel. Helyreállítva: fisicarecreativa.com.
8. Wikipedia. Hővezetési képességek felsorolása. Helyreállítva: es.wikipedia.org.