Mitkä ovat lämpöominaisuudet ja mitkä ovat? (Esimerkkejä)

Raudan lämpöominaisuudet tekevät siitä metallin par excellence -sovelluksen monien osien ja rakenteiden valmistamiseksi

Mitkä ovat lämpöominaisuudet?

Se Lämpöominaisuudet Materiaalit koostuvat niiden vastauksista lämpötilan vaihteluihin. Esimerkiksi tiedetään, että suurin osa aineista laajenee lämmittäessä ja supistuessaan jäähtyessään.

Monimuotoisimpien kappaleiden suunnittelu vaatii materiaalien käyttöä, joilla on tiettyjä lämpöominaisuuksia, niiden oikean toiminnan takaamiseksi. Monet mekaaniset osat altistuvat voimakkaalle lämmölle toiminnan aikana, ja niiden on säilytettävä mitat ja rakenteensa ponnisteluissa, joihin ne altistuvat.

Lämpötilamuutokset vaikuttavat jopa muihin materiaalimateriaaleihin mekaniikan lisäksi, kuten sähkö- ja magneettiset ominaisuudet. Siksi heidän tuntemisen tärkeys.

Tärkeimpien lämpöominaisuuksien joukossa ovat lämpökapasiteetti, lämmönjohtavuus, lämmön laajentuminen, sulavuus ja hitsaus. Sen pääominaisuudet kuvataan lyhyesti alla.

1. Lämpökapasiteetti

Ominaisuus osoittaa, kuinka helppoa on, että tietty materiaali imee lämpöä. Matemaattisesti lämpökapasiteetti C määritellään lämmönmuutoksen nopeudeksi, joka suhteessa lämpötilaan t:

C = dq /dt

C: n mittayksikköä kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä, jos se on Joule /Kelvin tai J /K, mutta käytetään myös Joule /luokan Celsius tai J /Cº.

Tällä tavalla määritelty lämpökapasiteetti on esineen eikä materiaalin ominaisuus, mutta jos massa sisältyy ja lämpökapasiteetti massayksikköä kohden on määritelty, materiaalin ominaisuus on nimeltään erityinen lämpö o Erityinen kalorikapasiteetti.

SI -yksiköiden erityinen lämpö on jouleissa olevan lämmön määrä, jota tarvitaan 1 kg: n lämpötilan nostamiseksi 1 Kelvinissä. Sitä on merkitty C -kirjaimella, joka erottaa sen c: n:

Se voi palvella sinua: Durometri: Mihin se on, miten toimii, osat, tyypit

C = dq /m ∙ dt

Muita usein käytettyjä C -yksiköitä ovat j/mol. K ja J/kg. Cº. Samoin kalorien ja BTU. Kaasujen ominaislämpö mitataan joko vakiotilavuudella tai vakiopaineella.

Erityinen vesilämpö

Ilmakehän paineen ja 25ºC lämpötilan erityinen lämpö on 4190 J/kg. Cº, kun taas usein käytetty metalli, kuten rauta, se on 460 j/kg. Cº. Veden ominaislämpö on korkeampi kuin useimpien aineiden lämpötila, joten sillä on suurempi kyky imeä lämpöä tai luopua siitä, joten vettä käytetään laajasti jäähdytysjärjestelmissä.

Ilmaston maltillinen vaikutus

Veden korkea spesifinen lämpö tuottaa moderoivan ilmastovaikutuksen rannikkoalueilla välttäen erittäin korostettuja lämpötilan muutoksia.

2. Lämmönjohtokyky

Tämä ominaisuus osoittaa aineen soveltuvuuden lämmön kuljettamiseen, sen vastavuoroinen lämpövastus, joka on vastus lämmön passin antamiseen.

On havaittu, että energiavirta pinta -alayksikköä kohti ja aikayksikköä kohti on verrannollinen lämpötilan gradienttiin tai variaatioon koko virtauksen suuntaan.

Suhteellisuusvakio on tarkasti lämmönjohtavuus ja kansainvälisen järjestelmän yksiköissä se mitataan w /(m /k).

Metallien lämmönjohtavuus

Kaikki ovat koskaan havainneet, kuinka helppoja metalliesineitä lämmitetään ja kuinka myös huoneenlämpötilassa ne näyttävät kylmemmiltä kuin paperi tai puupala.

Tapahtuu, että metalliatomeissa on vapaimpia kerroksissa vapaita elektroneja, jotka ovat vähän kytkettynä ytimeen.

Nämä elektronit voivat helposti liikkua materiaalin sisällä hyödyntäen lämpöenergiaa. Siksi metalleilla on korkea lämmönjohtavuus, ja samalla tavalla ne ovat hyviä sähköjohtimia.

Voi palvella sinua: Virtausnumero: Kuinka se lasketaan ja esimerkkejä

Toisaalta kaasut, kuten ilma, keramiikka, muovit ja puu ovat huonoja lämpöjohtimia, joilla ei ole ilmaisia ​​elektroneja. Siksi ne ovat hyviä lämpöeristimiä.

Huolimatta. Sitä seuraa metallit, kuten hopea ja kupari, vastaavasti 429 ja 398 w /(m /k).

3. Lämmön laajentuminen

Lähes kaikki aineet laajenevat, kun ne kuumenevat ja supistuvat jäähdytettäessä. Kiinteissä aineissa atomien keskuudessa on voimia.

Materiaalin sisällä atomit eivät ole vielä, vaan jatkuvassa värähtelyssä tasapainon asennon ympärillä. Lämpötilan noustessa tämän tärinän amplitudi kasvaa.

Nyt tapahtuu, että nämä kuvitteelliset jouset, jotka yhdistävät atomit, venyvät helpommin kuin ne voivat saada. Siksi atomien välinen keskimääräinen etäisyys kasvoi lämpötilan myötä ja materiaali lopulta laajenee.

Tietyn materiaalin ohuessa sauvassa sen pituuden vaihtelu lämmitettyä, nimeltään ΔL, on verrannollinen sauvan L alkuperäiseen pituuteen_jompikumpi ja lämpötilan Δt. Suhteellisuusvakio on lineaarinen laajennuskerroin α, jonka yksiköt ovat lämpötilan käänteisiä ja ovat ominaista aineelle:

ΔL = α ∙ L_jompikumpi∙ Δt

Samoin pinnan lämmön dilaatio voidaan määritellä, kuten ohuella levyllä kokenut ja tilavuuslämpölaajennus, joka kokee kaikki kolmen dimensioisen objektin.

Esimerkkejä lämmön laajenemisesta

Kun katu maksetaan tai mukulakivet asetetaan jalkakäytävälle, maalausten väliin jätetään tila, joten kun he lämmittävät aurinkoa kesän aikana, heillä on tilaa laajennukseen, räjähtämättä halkeilua.

Voi palvella sinua: Optinen vertailu: Mihin se on ja osia

Myös strategia pullon avaamiseksi erittäin tiukka kansi on lämmittää se hieman upottamalla se kuumaan veteen. Tällä tavoin kansi laajenee ja se on helpompi irrottaa sen jälkeen.

4. Sulku

On aineita, jotka sulautuvat lämmittäessä, kuten metallit, muovit ja lasit. Oikeastaan ​​kaikki aineet, suurempi tai vähemmän, ovat sulakkeita, ts. Ne voivat sulaa tai sulattaa. Tämän saavuttamisen helppous on nimeltään vain sulake, mutta määrittelemällä tämä ominaisuus, mitä etsitään sopivia materiaaleja terveellisten kappaleiden saamiseksi.

Tässä mielessä materiaalit, kuten pronssi ja messinki, sopivat tähän tehtävään, koska niiden kanssa saavutetaan hyvää juoksevuutta ja muotit kopioidaan hyvin.

Toisaalta hitsauksessa käytetyn seoksen on oltava korkea sulavuus (matala sulamislämpötila) verrattuna hitsattaviin materiaaleihin.

Tina- ja lyijy seokset ovat hyviä liittymään paloihin pehmeän hitsauksen kautta, jossa seos on sulanut, mikä jäähdytyksen aikana saa hyvää vastustusta. Tällä tavoin voit hitsaamaan moottoreja, leluja, kaapeleita, piirejä ja muuta.

5. Hitsaus

Saman materiaalin tai eri materiaalien kappaleiden kyky tarttua toisiinsa lämmityksen ja puristuksen kautta. Se voidaan tehdä lämmittämällä palat suoraan, kunnes ne saavuttavat sulamislämpötilan, tai käyttämällä tarttuvuutta sallimasta väliainetta.

Tarkoituksena on saada hitsatut osat niiden eheyden ylläpitämiseksi esittämättä halkeamia, jännitteitä tai muodonmuutoksia, jotka vaikuttavat hitsatun kappaleen toimintaan.

Metallit, kuten rauta, on hyvä hitsaus, samoin kuin vähähiilinen teräs. Sen sijaan metallit ja seokset, jotka sulavat nopeasti. Esimerkiksi pronssi on tinapohjainen seos muiden mineraalien kanssa, jota on yleensä vaikea hitsata.