Wat zijn warmtegeleidende materialen?

De warmtegeleidende materialen zijn die waarmee warmte efficiënt kan worden overgedragen tussen een oppervlak (of een vloeistof) met hoge temperatuur en een ander met een lagere temperatuur.

Warmtegeleidende materialen worden gebruikt in verschillende technische toepassingen. Tot de belangrijkste toepassingen behoren de constructie van koelapparatuur, warmtedissipatieapparatuur en in het algemeen alle apparatuur die warmte-uitwisseling vereist in zijn processen..

Die materialen die geen goede warmtegeleiders zijn, worden isolatoren genoemd. Tot de meest gebruikte isolatiematerialen behoren kurk en hout.

Het is gebruikelijk dat materialen die warmte goed geleiden, ook goede geleiders zijn van elektriciteit. Enkele voorbeelden van goed geleidende materialen voor warmte en elektriciteit zijn onder andere aluminium, koper en zilver..

Verschillende materialen en hun respectievelijke warmtegeleidingseigenschappen zijn te vinden in chemiehandleidingen die de experimentele geleidingsresultaten die op deze materialen zijn uitgevoerd, samenvatten..

Warmtegeleiding

Geleiding is de overdracht van warmte die plaatsvindt tussen twee lagen van hetzelfde materiaal of tussen oppervlakken die in contact komen met twee materialen die geen materie uitwisselen.

In dit geval vindt de warmteoverdracht in de materialen plaats dankzij de moleculaire schokken die optreden tussen de lagen of oppervlakken..

Moleculaire schokken maken de uitwisseling van interne en kinetische energie tussen de atomen van het materiaal mogelijk.

De laag of het oppervlak met atomen met hogere interne en kinetische energie draagt ​​dus de energie over aan de lagen of oppervlakken met lagere energie, waardoor hun temperatuur toeneemt..

Verschillende materialen hebben verschillende moleculaire structuren waardoor niet alle materialen hetzelfde vermogen hebben om warmte te geleiden.

Warmtegeleiding

Om het vermogen van een materiaal of vloeistof om warmte te geleiden uit te drukken, wordt de fysische eigenschap 'thermische geleidbaarheid' gebruikt, die meestal wordt weergegeven door de letter k.

Thermische geleidbaarheid is een eigenschap die experimenteel moet worden gevonden. Experimentele schattingen van thermische geleidbaarheid voor vaste materialen zijn relatief eenvoudig, maar het proces is complex voor vaste stoffen en gassen..

Thermische geleidbaarheid voor materialen en vloeistoffen wordt gerapporteerd voor een hoeveelheid materiaal met een doorstroomoppervlak van 1 vierkante voet, een dikte van 1 voet, gedurende één uur bij een temperatuurverschil van 1 ° K.

Warmtegeleidende materialen

Hoewel in theorie alle materialen warmte kunnen overdragen, hebben sommige materialen een betere geleiding dan andere.

In de natuur zijn er materialen zoals koper of aluminium die warmte goed geleiden, maar door materiaalkunde, nanotechnologie en engineering zijn nieuwe materialen met goede geleidingseigenschappen ontstaan..

Hoewel een warmtegeleidend materiaal zoals koper, dat in de natuur wordt aangetroffen, een warmtegeleidingsvermogen heeft van 401 W / Km, zijn koolstofnanobuisjes vervaardigd met een warmtegeleidingsvermogen van bijna 6600 W / Km gerapporteerd..

Warmtegeleidingswaarden voor verschillende materialen zijn te zien in de volgende tabel:

Referenties

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Ongebruikelijk hoge thermische geleidbaarheid van koolstofnanobuisjes. Fysieke beoordelingenbrieven. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. et al. Een alternatief criterium bij het optimaliseren van warmteoverdracht. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. et al. 2010. Thermische geleidbaarheid van materialen. Metrologisch symposium.
4. Kaufman W. C. Bothe D. Meyer S.D. Thermische isolatiemogelijkheden van Qutdoor-kledingmaterialen. Wetenschap. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Heat Transfer Processes. Mcgraw heuvel.
6. Merabia S. et al. Warmteoverdracht van nanodeeltjes: een overeenkomstige toestandsanalyse. Proceedings of the National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. B. Jaya Krishna D. Onderzoek naar materialen voor latente warmteopslag voor toepassingen op het gebied van zonnewater en ruimteverwarming. Journal of Energy Storage. 2017; 12: 243-260.