Плохие теплопроводники: 7 главных проводников тепла / наука | Thpanorama

alexxlab | 24.03.2023 | 0 | Разное

7 главных проводников тепла / наука | Thpanorama

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).

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 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

1. Чунг Д. (2001). Материалы для теплопроводности. Прикладная теплотехника 21 , 1593 ± 1605.
2. Фонд СК-12. (S.F.). Теплопроводники и изоляторы. Получено с ck12.org: ck12.org.
3. SantoPietro, D. (S.F.). Что такое теплопроводность? Получено из ханакадемии: khanacademy.org.
4. Инженерный ящик для инструментов. (S.F.). Теплопроводность обычных материалов и газов. Получено из engineeringtoolbox: engineeringtoolbox.com.

Хороший проводник – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Cтраница 2

Хорошим проводником тепла являются металлы, плохим – сухой неподвижный воздух. Легкие пористые материалы плохо проводят тепло, так как их поры заполнены воздухом. Материалы, Я которых имеют значения меньше 0 2 вт / м-град, называют тепло-изоляционными. Вода обладает плохой теплопроводностью, однако коэффициент теплопроводности влажного материала резко увеличивается по сравнению с теплопроводностью его в сухом состоянии. Это объясняется тем, что вода в 20 – 25 раз лучше проводит тепло, чем воздух. Поэтому заполнение пор тела водой резко понижает его теплоизоляционные свойства.  [16]

Хорошими проводниками теплоты являются металлы, плохим проводником теплоты – сухой неподвижный воздух. Легкие пористые материалы плохо проводят теплоту, так как их поры заполнены воздухом. Материалы, коэффициент теплопроводности которых меньше 0 2 вт / ( м-град), называют теплоизоляционными. Вода обладает плохой теплопроводностью, однако коэффициент теплопроводности влажного материала резко увеличивается по сравнению с теплопроводностью его в сухом состоянии. Это объясняется тем, что вода в 20 – 25 раз лучше проводит теплоту, чем воздух. Поэтому заполнение пор тела водой резко понижает его теплоизоляционные свойства.  [17]

Хорошими проводниками тепла являются металлы ( серебро, медь, алюминий, сталь, чугун, ртуть) и их сплавы.  [18]

Путь тока в антеннах н окружающем пространстве.  [19]

Сравнительно хорошими проводниками являются только морская вода и сырая почва, а в случае искусственной земли – металлические поверхности. Проводимость верхнего слоя земной поверхности непостоянна и зависит от климатических и географических условий. Обычно земля не может служить хорошим экраном и энергия электромагнитной волны, проникая в почву, расходуется на тепловые потери.  [20]

Он хороший проводник тока, поэтому используется для изготовления электродов.  [21]

Схемы передачи тепла.  [22]

Есть хорошие проводники геп – lur.  [23]

Для хорошего проводника при h – l см темп – pa Т я 100 К является переходной: выше нее имеет место нормальный С.  [24]

Для хороших проводников электрического тока, которыми являются металлы, типичны высокие значения удельной объемной проводимости.  [25]

К хорошим проводникам относятся все металлы, Наилучшими проводниками являются медь и серебро & – они проводят тепло в два раза лучше, чем железо.  [26]

К хорошим проводникам относятся все металлы. Наилучшими проводниками являются медь и серебро – они проводят тепло в два раза лучше, чем железо.  [27]

В хороших проводниках, таких как, например, медь, где а 2 107 Ом – 1м – 1 и типичная частота v 2тг / и равна 10 ГГц, толщина скин-слоя имеет порядок 1 мкм.  [28]

Металлы – хорошие проводники тепла и электричества.  [29]

Натрий – хороший проводник тепла, поэтому его иногда применяют в качестве теплоносителя в клапанах авиационных двигателей, в машинах для литья под давлением и вообще там, где необходим равномерный обогрев в пределах 450 – 650 С.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

термодинамика.

Всегда ли материалы, плохо проводящие тепло, плохо проводят электричество?

спросил

4 года 10 месяцев назад

Изменено 4 года, 10 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

При определении проводимости материала мы обычно рассматриваем его теплопроводность и электропроводность отдельно. Однако я понимаю, что такие материалы, как металл, хорошо проводят и тепло, и электричество. Напротив, такие материалы, как дерево и стекло, плохо проводят тепло и электричество. Следовательно, можем ли мы заключить, что если материал плохо проводит один вид «потока энергии», то он также будет плохо проводить и другой вид «потока энергии»? Большое спасибо.

• термодинамика
• энергия
• электричество
• изоляторы

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Алмаз является хорошим проводником тепла, но плохим проводником электричества.

Алмаз в Википедии

$\endgroup$

0

$\begingroup$

Отношение теплопроводности к электропроводности является постоянной величиной при данной температуре. Это отношение математически определяется законом Видмана-Франца .

Есть исключения. Человеческое тело — плохой проводник тепла, но отличный проводник электричества.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Как инженер я могу заверить вас, что многие электронные устройства работают только потому, что существуют материалы, которые являются хорошими теплопроводниками, но также и отличными изоляторами.

Электронные устройства и оборудование, особенно рассчитанные на высокую мощность, должны избавляться от избыточного тепла, выделяемого при рассеивании электроэнергии. В большинстве случаев из-за эффекта Джоуля, но есть и другие диссипативные явления, такие как переориентация магнитных доменов в ферро-/ферримагнитных материалах (например, в сердечниках трансформаторов).

Неспособность избавиться от этого тепла приведет к выходу устройства из строя из-за того, что его температура поднимется выше безопасного максимума.

Применение электроизолирующих теплопроводов позволяет улучшить теплопроводность внутри устройства/элемента оборудования, не вызывая коротких замыканий между близко расположенными деталями.

Классический пример, применявшийся еще на заре электроники, — слюда (статья в Википедии). Выдержки (выделено мной):

Листовая слюда используется в основном в электронной и электротехнической промышленности. Его полезность в этих приложениях обусловлена ​​его уникальными электрическими и тепловыми свойствами, а также механическими свойствами, которые позволяют его резать, штамповать, штамповать и обрабатывать с жесткими допусками. В частности, слюда необычна тем, что является хорошим электрическим изолятором и в то же время хорошим проводником тепла.

$\endgroup$

$\begingroup$

Вода является отличным проводником тепла, но плохим проводником электричества.

$\endgroup$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

термодинамика – Если воздух плохой проводник, то как огонь нагревает комнату?

Преамбула
В физике, когда говорят, что что-то большое/маленькое или хорошее/плохое , эти термины никогда не подразумеваются в абсолютном смысле, а относятся к чему-то другому. Например, мы не можем сказать, является ли 1 метр большим или маленьким расстоянием: оно мало, когда мы говорим о звездах, и огромно, когда мы говорим об атомах.

Является ли воздух плохим проводником тепла
Я предполагаю, что проводник в ОП означает проводник тепла . Воздух — плохой проводник тепла, если сравнить его теплопроводность с теплопроводностью куска металла или одного слоя стекла. Так, окна в северных странах часто делаются из двойных слоев стекла, разделенных воздухом, чтобы сохранить тепло в помещении от утечки наружу. Тем не менее, окна остаются основным путем теплопотерь, в отличие от стен, заполненных лучше 9.0065 изолирующие

материалы, т.е. материалы, проводящие тепло еще хуже, чем воздух. Почему мы не заполняем окна материалами, которые являются лучшими изоляционными материалами, чем воздух? – потому что мы хотим, чтобы они были прозрачными.

Точно так же, хотя воздух может быть относительно плохим проводником тепла , у нас нет особого выбора при обогреве наших комнат, кроме как позволить ему быть заполненным воздухом.

Конвекция и излучение
В других ответах указывалось, что теплообмен между огнем и окружающей средой осуществляется не только воздухом, но и лучистым теплообменом. Позвольте мне охарактеризовать оба явления в терминах легко наблюдаемых физических явлений.

Конвекция
Во-первых, конвекция – это не то же самое, что теплопроводность: теплопроводность происходит через практически неподвижный материал, а конвекция – это перемещение объемов

уже горячего воздуха в другое место. Поток воздуха всегда присутствует в вентилируемых жилых помещениях человека – с чем мы и сталкиваемся в повседневной жизни. Даже если не прилагаются особые усилия для вентиляции помещения, более теплый воздух обычно скапливается в верхней части помещения и в конечном итоге покидает его, тогда как холодный воздух поступает вдоль пола. Это можно проверить в простом эксперименте, поместив свечу в дверной проем на разной высоте от пола.

При отапливании помещения печкой воздух вокруг печи нагревается, поднимается вверх и распространяется по потолку или проникает на верхние этажи. Поскольку воздух является относительно плохим проводником тепла, может пройти довольно много времени, пока тепло распространится вниз, а пол в комнатах, отапливаемых камином, часто остается холодным. Также обратите внимание, что для поддержания огня в печи требуется довольно много конвекции для подачи кислорода для горения, и печи специально предназначены для этой цели.

Излучение
Излучение играет важную роль в передаче тепла между огнем и окружающей средой. Если мы сидим у костра, то чувствуем жар, хотя и не находимся в потоке горячего воздуха, поднимающегося вверх. Мокрая одежда, помещенная перед огнем, довольно быстро сохнет. Эти эффекты имеют место, даже если мы сведем вклад конвекции к минимуму — например, когда мы сидим перед костром, где горячий воздух полностью выходит.

Обратите внимание, что плохие теплопроводники также характеризуются более высокой теплоемкостью. Таким образом, металлическая печь может нагреваться очень быстро, но не будет сохранять тепло после того, как огонь погаснет.