- ประเภทของตัวนำ
- การนำความร้อนของวัสดุ
- ค่าการนำความร้อน
- ตัวนำความร้อนหลัก
- เพชร
- เงิน
- ทองแดง
- ทอง
- ลิเธียม
- อลูมิเนียม
- บรอนซ์
- สังกะสี
- เหล็ก
- อ้างอิง
ตัวนำความร้อนเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างเป็นเช่นนั้นความร้อนสามารถผ่านได้อย่างง่ายดาย ต้องจำไว้ว่าสสารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอมและโมเลกุลที่มีการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนคงที่และความร้อนจะเปลี่ยนเป็นการปั่นป่วนของอนุภาคเหล่านี้มากขึ้น
วัสดุบางชนิดนำความร้อนได้ดีกว่าวัสดุอื่น ๆ เนื่องจากการกำหนดค่าภายในทำให้การไหลของพลังงานนี้สะดวกขึ้น ตัวอย่างเช่นไม้ไม่ใช่ตัวนำความร้อนที่ดีเพราะต้องใช้เวลานานในการทำความร้อน แต่ในทางกลับกันเหล็กทองแดงและโลหะอื่น ๆ นั้นหมายความว่าอนุภาคของพวกมันได้รับพลังงานจลน์เร็วมาก
จาระบีระบายความร้อนที่ใช้กับชิปคอมพิวเตอร์เป็นตัวนำความร้อนที่ดี แต่ไม่ใช่ไฟฟ้า ที่มา: Wikimedia Commons
นี่คือเหตุผลที่โลหะเป็นรายการโปรดสำหรับการทำเครื่องใช้ในครัวเช่นหม้อและกระทะ ทำให้ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและถึงอุณหภูมิที่สูงพอที่จะปรุงอาหารได้อย่างถูกต้อง
อย่างไรก็ตามมือจับและที่จับซึ่งสัมผัสกับมือของผู้ใช้นั้นทำจากวัสดุฉนวนความร้อนอื่น ๆ ด้วยวิธีนี้กระทะจึงง่ายต่อการจัดการแม้ในขณะที่ร้อน
ประเภทของตัวนำ
ขึ้นอยู่กับวิธีการนำความร้อนวัสดุแบ่งออกเป็น:
- ตัวนำความร้อน : เพชรและโลหะเช่นทองแดงเหล็กสังกะสีและอลูมิเนียมเป็นต้น โดยปกติแล้วตัวนำไฟฟ้าที่ดีก็เป็นตัวนำความร้อนที่ดีเช่นกัน
- ฉนวนกันความร้อน : ไม้ยางไฟเบอร์กลาสพลาสติกกระดาษขนสัตว์อะนิเมะจุกโพลีเมอร์เป็นตัวอย่างที่ดี ก๊าซไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดีเช่นกัน
การนำความร้อนของวัสดุ
คุณสมบัติที่บ่งบอกลักษณะเฉพาะของวิธีที่แต่ละตัวนำความร้อนเรียกว่าการนำความร้อน ยิ่งสารนำความร้อนสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งนำความร้อนได้ดีเท่านั้น
การนำความร้อนของสารถูกกำหนดโดยการทดลอง ใน SI International System of Units ค่าการนำความร้อนจะวัดเป็นวัตต์ / (เมตร x เคลวิน) หรือ W / (mK) ตีความได้ดังนี้:
อีกหน่วยหนึ่งสำหรับการนำความร้อนที่ใช้ในประเทศแองโกล - แซกซอนคือ BTUH / (ft.ºF) โดย BTUH ย่อมาจาก British Thermal Unit ต่อชั่วโมง
ความร้อนไหลผ่านของแข็งเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายของมัน ที่มา: Wikimedia Commons
ค่าการนำความร้อน
ด้านล่างนี้เป็นการนำความร้อนขององค์ประกอบและวัสดุบางอย่างที่พบในธรรมชาติและมักใช้ในอุตสาหกรรม
อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่ายังมีสารประกอบสังเคราะห์ที่ยังอยู่ในขั้นทดลองซึ่งมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าเพชรซึ่งอยู่ในหัวตาราง
อุณหภูมิเป็นตัวกำหนดค่าการนำความร้อนของโลหะ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นการนำความร้อนก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน (แม้ว่าการนำไฟฟ้าจะลดลง) สำหรับอโลหะการนำความร้อนจะคงที่โดยประมาณในช่วงอุณหภูมิกว้าง
ค่าในตารางระบุไว้ที่25ºCและ 1 ความดันบรรยากาศ
เมื่อเลือกวัสดุสำหรับคุณสมบัติทางความร้อนจำเป็นต้องคำนึงถึงว่ามันขยายตัวด้วยความร้อน ความจุนี้กำหนดโดยค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน
ตัวนำความร้อนหลัก
เพชร
เพชรเป็นตัวนำความร้อนที่ดีที่สุดในธรรมชาติ ที่มา: Robert Lavinsky จาก Wikimedia Commons
เป็นตัวนำความร้อนที่ดีที่สุดที่อุณหภูมิห้องดีกว่าทองแดงและโลหะอื่น ๆ ในเพชรซึ่งเป็นฉนวนไฟฟ้าความร้อนจะไม่ไหลผ่านอิเล็กตรอนในการนำกระแส แต่ผ่านการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนในโครงสร้างผลึกที่มีการจัดระเบียบสูง การสั่นเหล่านี้เรียกว่า phonons
นอกจากนี้ยังมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำซึ่งหมายความว่าขนาดของมันจะยังคงใกล้เคียงกับของเดิมเมื่อได้รับความร้อน เมื่อต้องการตัวนำความร้อนที่ดีที่ไม่นำไฟฟ้าเพชรจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด
ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการขจัดความร้อนที่เกิดจากวงจรในคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ แต่มีข้อเสียที่สำคัญคือมีราคาแพงมาก แม้ว่าจะมีเพชรสังเคราะห์ แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะทำและยังมีราคาแพงอีกด้วย
เงิน
เหรียญเงิน
เป็นโลหะที่ได้รับความนิยมอย่างสูงในด้านการตกแต่งเนื่องจากความเงางามสีและความอ่อนตัว ทนต่อการเกิดออกซิเดชั่นและในบรรดาโลหะทั้งหมดเป็นโลหะที่มีการนำความร้อนสูงที่สุดรวมถึงการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม
ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้งานหลายประเภทในอุตสาหกรรมทั้งแบบเดี่ยวและในโลหะผสมที่มีองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นนิกเกิลและแพลเลเดียม
ด้วยเงินบริสุทธิ์วงจรพิมพ์สายเคเบิลตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูงถูกสร้างขึ้นและตัวนำที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะถูกเคลือบนอกเหนือจากการใช้ในโลหะผสมเพื่อสร้างหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า
มีข้อเสียในการหายากและมีราคาแพง แต่การผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของคุณสมบัติทางกายภาพสำหรับการใช้งานเหล่านี้ทำให้เป็นทางเลือกที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากมีความยืดหยุ่นสูงและได้รับตัวนำที่มีความยาวดี
ทองแดง
สายทองแดง
เป็นโลหะที่ใช้กันมากที่สุดชนิดหนึ่งเมื่อต้องมีการนำความร้อนที่ดีเนื่องจากไม่กัดกร่อนง่ายและจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูงซึ่งหมายความว่าจะไม่ละลายง่ายเมื่อสัมผัสกับความร้อน
ข้อดีอื่น ๆ คือความเหนียวนอกจากจะไม่เป็นแม่เหล็กแล้ว ทองแดงสามารถรีไซเคิลได้และมีราคาถูกกว่าเงินมาก อย่างไรก็ตามค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงซึ่งหมายความว่าขนาดของมันจะเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อได้รับความร้อน
เนื่องจากคุณสมบัติการระบายความร้อนที่ดีจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องครัวเช่นหม้อทองแดงที่หุ้มด้วยเหล็กเป็นต้น นอกจากนี้ยังผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในถังน้ำร้อนในระบบทำความร้อนส่วนกลางหม้อน้ำรถยนต์และเพื่อกระจายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ทอง
หน้ากากทองคำ Prehispanic
เป็นโลหะมีค่าที่ยอดเยี่ยมและครองตำแหน่งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ นอกเหนือจากความหมายพิเศษแล้วทองคำยังอ่อนตัวทนและเป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม
เนื่องจากทองคำไม่สึกกร่อนจึงถูกใช้เพื่อนำกระแสขนาดเล็กในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นของแข็ง กระแสเหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนสามารถขัดจังหวะได้ง่ายเมื่อมีสัญญาณการกัดกร่อนเพียงเล็กน้อยนั่นคือเหตุผลที่ทองคำรับประกันชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อถือได้
นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตขั้วต่อหูฟังหน้าสัมผัสรีเลย์และสายแพทช์ อุปกรณ์ต่างๆเช่นสมาร์ทโฟนเครื่องคิดเลขแล็ปท็อปและเดสก์ท็อปและโทรทัศน์มีทองคำจำนวนเล็กน้อย
แว่นตาพิเศษสำหรับช่องปรับอากาศยังมีทองคำที่กระจายตัวเพื่อช่วยสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์ภายนอกทำให้ความสดชื่นภายในเมื่ออากาศร้อนจัด ในทำนองเดียวกันก็ช่วยรักษาความร้อนภายในอาคารเมื่อถึงฤดูหนาว
ลิเธียม
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ผู้แต่ง: Mr. ちゅらさん. Lithium_Battery * วันถ่ายภาพสิงหาคม 2548 * ช่างภาพ Aney ที่มา: Wikimedia Commons
เป็นโลหะที่มีน้ำหนักเบาที่สุดแม้ว่าจะมีปฏิกิริยามากจึงกัดกร่อนได้ง่าย คุณต้องจัดการด้วยความระมัดระวังเป็นอย่างยิ่งเนื่องจากเป็นสารไวไฟสูง ด้วยเหตุนี้แม้ว่าจะมีอยู่มาก แต่ก็ไม่พบในสถานะอิสระ แต่อยู่ในสารประกอบด้วยเหตุนี้จึงต้องแยกโดยทั่วไปด้วยวิธีอิเล็กโทรไลต์
การนำความร้อนคล้ายกับทองคำ แต่มีราคาถูกกว่านี้มาก ลิเธียมคาร์บอเนตเป็นสารประกอบที่ใช้ในการผลิตแก้วและเซรามิกที่ทนความร้อน
การใช้ลิเธียมอย่างแพร่หลายอีกประการหนึ่งคือการผลิตแบตเตอรี่น้ำหนักเบาที่มีอายุการใช้งานยาวนานซึ่งลิเธียมคลอไรด์ใช้ในการสกัดลิเธียมโลหะ เพิ่มในกระบวนการแปรรูปอลูมิเนียมช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าและลดอุณหภูมิในการทำงาน
อลูมิเนียม
ถังโลหะอลูมิเนียม ที่มา: Carsten Niehaus
โลหะที่มีน้ำหนักเบาราคาไม่แพงมีความทนทานสูงและใช้งานง่ายเป็นหนึ่งในวัสดุหลักที่ใช้ทำเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในอุปกรณ์ปรับอากาศเช่นเครื่องปรับอากาศและเครื่องทำความร้อน
เครื่องใช้อลูมิเนียมทั้งในประเทศและในระดับอุตสาหกรรมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องครัวทั่วโลก
เครื่องใช้อลูมิเนียมเช่นหม้อกระทะและถาดอบมีประสิทธิภาพสูงมาก พวกเขาไม่เปลี่ยนรสชาติของอาหารและปล่อยให้ความร้อนกระจายอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอเมื่อปรุงอาหาร
ไม่ว่าหม้อและกระทะอะลูมิเนียมจะถูกแทนที่ด้วยสแตนเลสซึ่งไม่ได้เป็นตัวนำความร้อนที่ดีเท่า เนื่องจากสแตนเลสไม่ทำปฏิกิริยากับกรดที่เข้มข้นกว่าเช่นซอสมะเขือเทศเป็นต้น
นั่นคือเหตุผลที่ควรทำซอสมะเขือเทศในภาชนะเหล็กเพื่อป้องกันไม่ให้อลูมิเนียมเข้าสู่อาหารเนื่องจากบางชนิดมีอลูมิเนียมที่เกี่ยวข้อง - มีอยู่ในยาลดกรดแป้งโรยตัวยาระงับกลิ่นและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมาย - มีลักษณะของโรคความเสื่อม แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ตลอดจน FDA จะปฏิเสธสมมติฐานนี้
กระทะอลูมิเนียมเบื้องหน้า ที่มา: Pixabay
เครื่องครัวที่ทำจากอลูมิเนียมอโนไดซ์ไม่มีความเสี่ยงในการหลุดออกจากอลูมิเนียมและโดยหลักการแล้วสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยยิ่งขึ้น
บรอนซ์
ทองสัมฤทธิ์ของระฆังโบราณเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของโลหะเพื่อจุดประสงค์ในการประดับหรือศาสนา ที่มา: pxhere.
บรอนซ์เป็นโลหะผสมของทองแดงและดีบุกเป็นหลักส่วนโลหะอื่น ๆ มีน้อยกว่า ปัจจุบันมีมาตั้งแต่สมัยโบราณในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ
เป็นเรื่องสำคัญมากที่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ได้รับการขนานนามว่าเป็นยุคสำริดซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ผู้คนค้นพบและเริ่มใช้คุณสมบัติของโลหะผสมนี้
บรอนซ์ทนต่อการกัดกร่อนและใช้งานง่าย เริ่มแรกมันถูกใช้ในการทำเครื่องใช้เครื่องมือเครื่องประดับวัตถุศิลปะต่างๆ (เช่นรูปแกะสลัก) และอาวุธรวมถึงเหรียญกษาปณ์ ทุกวันนี้ยังคงใช้ในการทำท่อชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและเครื่องดนตรี
สังกะสี
ดูแก้วด้วยสังกะสีออกไซด์ ที่มา: Adam Rędzikowski
เป็นโลหะสีขาวอมฟ้าที่อ่อนและเหนียวใช้งานง่ายแม้ว่าจะมีจุดหลอมเหลวต่ำ เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณส่วนใหญ่ใช้ในโลหะผสม
ปัจจุบันใช้ในการชุบสังกะสีเหล็กจึงป้องกันการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังผลิตแบตเตอรี่เม็ดสีและผลิตแผ่นสังกะสีพิเศษสำหรับอุตสาหกรรมก่อสร้าง
เหล็ก
ตะไบเหล็กบนแม่เหล็ก ที่มา: Aney ผ่าน Commons Wikimedia
เหล็กเป็นโลหะอีกชนิดหนึ่งที่มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์อย่างมาก เช่นเดียวกับทองสัมฤทธิ์เหล็กเชื่อมโยงกับยุคก่อนประวัติศาสตร์ซึ่งเกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีครั้งใหญ่: ยุคเหล็ก
ปัจจุบันเหล็กหล่อยังคงมีการใช้งานมากมายในการทำเครื่องมือเครื่องใช้ในการก่อสร้างและเป็นวัสดุสำหรับการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์
เหล็กเป็นตัวนำความร้อนที่ดีมากอย่างที่เราเคยเห็น วัตถุที่เป็นเหล็กกระจายความร้อนได้ดีและเก็บไว้ได้นาน นอกจากนี้ยังมีจุดหลอมเหลวสูงซึ่งทำให้ทนต่ออุณหภูมิสูงจึงมีประโยชน์ในการผลิตเตาอบทุกประเภททั้งในอุตสาหกรรมและในประเทศ
อ้างอิง
- CK-12 ตัวนำความร้อนและฉนวน สืบค้นจาก: ck12.org.
- ทองแดง: คุณสมบัติและการใช้งาน สืบค้นจาก: copperalliance.org.
- Effunda คุณสมบัติของวัสดุแข็งคอมมอนส์ กู้คืนจาก efunda.com
- Hill, D. คุณสมบัติทางความร้อนของเหล็กหล่อ. ดึงมาจาก: ehow.com.
- King, H. การใช้ทองคำมากมาย สืบค้นจาก: ธรณีวิทยา. คอม.
- ลิเธียม กู้คืนจาก: gob.mx.
- ฟิสิกส์ใหม่ที่สร้างสรรค์ การส่งผ่านความร้อน สืบค้นจาก: fisicarecreativa.com.
- วิกิพีเดีย รายชื่อการนำความร้อน สืบค้นจาก: es.wikipedia.org.