Jakie są właściwości termiczne i jakie są? (Z przykładami)

Właściwości termiczne żelaza sprawiają, że metalowy par doskonałości produkcji wielu części i konstrukcji

Jakie są właściwości termiczne?

Właściwości termiczne Materiały składają się z ich odpowiedzi na zmiany temperatury. Na przykład wiadomo, że większość substancji rozszerza się podczas ogrzewania i kurczenia się podczas ochładzania.

Projekt najbardziej różnorodnych elementów wymaga użycia materiałów o określonych właściwościach termicznych, aby zagwarantować ich prawidłowe działanie. Wiele części mechanicznych jest narażonych na intensywne ciepło podczas pracy i muszą zachować swoje wymiary i strukturę w obliczu wysiłków, na które są poddawane.

Nawet inne materiały materiałowe, oprócz mechaniki, takie jak właściwości elektryczne i magnetyczne, wpływają zmiany temperatury. Stąd znaczenie ich poznania.

Wśród głównych właściwości termicznych są pojemność cieplna, przewodność cieplna, rozszerzenie termiczne, fuzera i spawalność. Jego główne cechy są krótko opisane poniżej.

1. Pojemność cieplna

Jest to właściwość wskazująca, jak łatwo jest to, że dany materiał pochłania ciepło. Matematycznie, pojemność cieplna C jest zdefiniowana jako szybkość zmiany ciepła, która w odniesieniu do temperatury T:

C = dq /dt

Jednostka miary C w międzynarodowym systemie jednostek, jeśli jest to Joule /Kelvin lub J /K, ale stosuje się również Joule /Grade Celsjusz lub J /Cº.

Zdefiniowana w ten sposób, pojemność cieplna jest właściwością obiektu, a nie materiału, ale jeśli masa jest uwzględniona i zdefiniowana jest pojemność cieplna na jednostkę masy, wówczas istnieje właściwość nazywanego materiału ciepło właściwe o Specyficzna pojemność kaloryczna.

Ciepło właściwe w jednostkach SI to ilość ciepła w dżuli, które jest wymagane do podniesienia temperatury 1 kg substancji w 1 Kelvin. Jest oznaczony literą „c” maleńką, aby odróżnić go od C:

Może ci służyć: durometr: po co to jest, jak działa, części, typy

C = dq /m ∙ dt

Inne jednostki C, które są często używane, to J/mol. K i J/kg. Cº. W ten sam sposób kalorie i BTU są szeroko stosowane, inne jednostki do pomiaru energii kalorycznej. Mierzone jest ciepło właściwe w gazach, przy stałej objętości lub stałym ciśnieniu.

Specyficzne ciepło wody

Ciepło właściwe ciśnienia atmosferycznego i temperatura 25ºC wynosi 4190 J/kg. Cº, podczas gdy dla często używanego metalu, takiego jak żelazo, wynosi 460 j/kg. Cº. Specyficzne ciepło wody jest wyższe niż w przypadku większości substancji, więc ma większą pojemność do wchłaniania ciepła lub do jego rezygnacji, stąd woda jest szeroko stosowana w systemach chłodzenia.

Efekt moderowania klimatu

Wysokie ciepło właściwe wody wytwarza moderujący efekt klimatu w obszarach przybrzeżnych, unikając bardzo zaakcentowanych zmian temperatury.

2. Przewodność cieplna

Ta właściwość wskazuje na zdolność substancji do transportu ciepła, a jej wzajemną jest oporność cieplna, która jest odpornością na dopuszczenie ciepła.

Zaobserwowano, że przepływ energii na jednostkę powierzchni i jednostki czasowej jest proporcjonalna do gradientu lub zmiany temperatury w kierunku przepływu.

Stałą proporcjonalności jest dokładnie przewodnictwo cieplne, a w jednostkach systemu międzynarodowego mierzy się w W /(M /K).

Przewodnictwo termiczne metali

Wszyscy kiedykolwiek zaobserwowali, jak łatwe metalowe przedmioty są podgrzewane, a także w temperaturze pokojowej, wydają się chłodniejsze niż papier lub kawałek drewna.

Zdarza się, że atomy metalowe mają wolne elektrony w najbardziej zewnętrznych warstwach, niewiele połączone z jądrem.

Te elektrony mogą łatwo poruszać się w materiale, wykorzystując energię cieplną. Właśnie dlatego metale mają wysokie przewodnictwo cieplne i w ten sam sposób z tego samego powodu są dobrymi przewodnikami energii elektrycznej.

Może ci służyć: Numer przepływu: jak jest obliczany i przykłady

Z drugiej strony, gazy takie jak powietrze, ceramika, tworzywa sztuczne i drewno to słabe przewody cieplne, pozbawione wolnych elektronów. Dlatego są dobrymi izolatorami termicznymi.

Pomimo. Następnie następują metale, takie jak srebro i miedź, odpowiednio 429 i 398 W /(m /k).

3. Rozszerzenie termiczne

Prawie wszystkie substancje rozszerzają się, gdy ogrzewają i kurczą się podczas chłodzenia. W ciałach stałych istnieją siły wśród atomów, które utrzymują spójność, które można wyobrazić jako sprężyny łączące się z atomami.

Wewnątrz materiału atomy nie są nieruchome, ale w ciągłych wibracjach wokół pozycji równowagi. Poprzez zwiększenie temperatury amplituda tej wibracji staje się większa.

Teraz zdarza się, że te wyimaginowane sprężyny, które jednoczą atomy, rozciągają się łatwiej niż mogą dostać. Stąd średnia odległość między atomami wzrosła wraz z temperaturą, a materiał kończy się rozszerzeniem.

W cienkim pręcie wykonanym z określonego materiału zmienność jego długości po podgrzaniu, zwana ΔL, jest proporcjonalna do początkowej długości pręta L_albo i zmiana temperatury δT. Stała proporcjonalności jest liniowym współczynnikiem ekspansji α, którego jednostki są odwrotne temperatury i charakterystyczne dla substancji:

ΔL = α ∙ L_albo∙ δt

Podobnie można zdefiniować rozszerzenie termiczne powierzchniowe, takie jak ten doświadczony przez cienki prześcieradło, i objętościowe rozszerzenie termiczne, które doświadcza dowolnego trójwymiarowego obiektu.

Przykłady rozszerzenia termicznego

Kiedy ulica jest opłacana lub na chodnika umieszczono bruku, między obrazami pozostaje przestrzeń, tak że kiedy ogrzewają słońce latem, mieli miejsce na rozszerzenie, bez pękania.

Może ci służyć: komparator optyczny: do czego to jest i części

Ponadto strategią otwarcia butelki z bardzo ciasną pokrywką jest podgrzanie jej trochę zanurzenia w gorącej wodzie. W ten sposób pokrywka rozszerza się i łatwiej jest ją odkręcić.

4. Topliwość

Istnieją substancje, które łączą się podczas ogrzewania, takie jak metale, tworzywa sztuczne i szkło. W rzeczywistości wszystkie substancje, w większym lub mniejszym stopniu, są bezpiecznikami, to znaczy mogą się topić lub topić. Łatwość, z jaką się to osiągnięto, nazywa się po prostu bezpiecznik.

W tym sensie materiały takie jak brąz i mosiądz są odpowiednie do tego zadania, ponieważ dzięki nimi dobra płynność jest osiągana, a formy są dobrze skopiowane.

Z drugiej strony stop stosowany w spawaniu musi mieć wysoką fuzję (niską temperaturę topnienia) w porównaniu z materiałami do spawania.

Stopy cyny i ołowiu są dobre do łączenia kawałków poprzez miękkie spawanie, w których stopienie jest stopienie, które podczas chłodzenia nabiera dobrego oporu. W ten sposób możesz spawać części do silników, zabawek, kabli, obwodów i innych.

5. Spawalność

Jest to zdolność kawałków tego samego materiału lub różnych materiałów, do przylegania do siebie, poprzez ogrzewanie i kompresję. Można to zrobić, ogrzewając elementy bezpośrednio, aż osiągną temperaturę topnienia lub używa.

Celem jest uzyskanie spawanych części w celu utrzymania ich integralności, bez prezentacji szczelin, napięć lub deformacji, które wpływają na działanie spawanego utworu.

Metale takie jak żelazo mają dobrą spawalność, a także stal o niskiej zawartości węgla. Zamiast tego metale i stopy, które stopiły się szybko, nie są spawalne, to znaczy bez przejścia przez okres plastikowy. Na przykład brąz to stop oparty na cynach z innymi minerałami, który zwykle jest trudny do spawania.