Die wärmeleitenden Materialien sind solche, die eine effiziente Wärmeübertragung von einer (oder einer flüssigen) hohen Oberflächentemperatur und einer niedrigeren Temperatur ermöglichen.
Wärmeleitende Materialien werden in verschiedenen technischen Anwendungen eingesetzt. Zu den wichtigsten Anwendungen gehört der Bau von Kühlgeräten, Wärmeableitungsgeräten und im Allgemeinen von Geräten, die in ihren Prozessen einen Wärmeaustausch erfordern.
Wärmeleitung in einem Material
Diejenigen Materialien, die keine guten Wärmeleiter sind, werden als Isolatoren bezeichnet. Zu den am häufigsten verwendeten Isoliermaterialien gehören Kork und Holz.
Es ist üblich, dass Materialien, die Wärme gut leiten, auch gute elektrische Leiter sind. Einige Beispiele für gut leitende Materialien für Wärme und Elektrizität sind unter anderem Aluminium, Kupfer und Silber.
Verschiedene Materialien und ihre jeweiligen Wärmeleitungseigenschaften finden Sie in Chemiehandbüchern, in denen die experimentellen Leitungsergebnisse dieser Materialien zusammengefasst sind.
Wärmeleitung
Wärmeleitung ist die Wärmeübertragung zwischen zwei Schichten desselben Materials oder zwischen Oberflächen, die mit zwei Materialien in Kontakt stehen, die keine Materie austauschen.
In diesem Fall erfolgt die Wärmeübertragung in den Materialien dank der molekularen Schocks, die zwischen den Schichten oder Oberflächen auftreten.
Molekulare Schocks ermöglichen den Austausch von innerer und kinetischer Energie zwischen den Atomen des Materials.
Somit überträgt die Schicht oder Oberfläche mit Atomen höherer innerer und kinetischer Energie die Energie auf die Schichten oder Oberflächen niedrigerer Energie, wodurch ihre Temperatur erhöht wird.
Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Molekülstrukturen, was dazu führt, dass nicht alle Materialien die gleiche Fähigkeit haben, Wärme zu leiten.
Wärmeleitfähigkeit
Um die Fähigkeit eines Materials oder einer Flüssigkeit auszudrücken, Wärme zu leiten, wird die physikalische Eigenschaft "Wärmeleitfähigkeit" verwendet, die üblicherweise durch den Buchstaben k dargestellt wird.
Die Wärmeleitfähigkeit ist eine Eigenschaft, die experimentell ermittelt werden muss. Experimentelle Schätzungen der Wärmeleitfähigkeit für feste Materialien sind relativ einfach, aber der Prozess ist für Feststoffe und Gase komplex.
Die Wärmeleitfähigkeit für Materialien und Flüssigkeiten wird für eine Materialmenge mit einer Strömungsfläche von 1 Quadratfuß und einer Dicke von 1 Fuß für eine Stunde bei einer Temperaturdifferenz von 1 ° K angegeben.
Wärmeleitende Materialien
Obwohl theoretisch alle Materialien Wärme übertragen können, haben einige eine bessere Wärmeleitung als andere.
In der Natur gibt es Materialien wie Kupfer oder Aluminium, die gute Wärmeleiter sind. Materialwissenschaften, Nanotechnologie und Ingenieurwesen haben jedoch die Schaffung neuartiger Materialien mit guten Leitungseigenschaften ermöglicht.
Während ein in der Natur vorkommendes wärmeleitendes Material wie Kupfer eine Wärmeleitfähigkeit von 401 W / km aufweist, wurde über Kohlenstoffnanoröhren berichtet, die mit Wärmeleitfähigkeiten nahe 6600 W / km hergestellt wurden.
Die Wärmeleitfähigkeitswerte für verschiedene Materialien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:
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