Θερμικές Ιδιότητες Υλικών
Ο όρος "θερμικές ιδιότητες υλικών" αναφέρεται σε χαρακτηριστικά ή χαρακτηριστικά υλικού που επηρεάζονται από τη θερμοκρασία ή τη θερμότητα. Το θερμικό χαρακτηριστικό των στερεών ορίζεται ως η απόκριση μιας στερεής ουσίας σε μια θερμική αλλαγή, όπως μια αύξηση ή μείωση της θερμότητας ή της θερμοκρασίας.
Η ευαισθησία των υλικών στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και στην εφαρμογή θερμότητας αναφέρεται ως θερμικά χαρακτηριστικά τους. Η θερμοκρασία ενός στερεού αυξάνεται και οι διαστάσεις του διευρύνονται καθώς απορροφά ενέργεια με τη μορφή θερμότητας.
Θερμικές ιδιότητες
Όταν εφαρμόζεται θερμότητα σε ένα στερεό σώμα, ένα υγρό ή ένα αέριο, τα θερμικά χαρακτηριστικά συνδέονται με μια απόκριση που εξαρτάται από το υλικό. Μια άνοδος θερμοκρασίας, μια μετάβαση φάσης, μια αλλαγή στο μήκος ή τον όγκο, η έναρξη μιας χημικής αντίδρασης ή μια αλλαγή σε κάποια άλλη φυσική ή χημική ποσότητα θα μπορούσαν όλα να είναι παραδείγματα αυτής της απόκρισης.
Θερμοκρασία και θερμότητα
Η θερμοκρασία είναι ένας βαθμός μέτρησης της θερμότητας και της δροσιάς, σύμφωνα με τον ορισμό.
Η θερμότητα, από την άλλη πλευρά, είναι η ενέργεια που μεταφέρεται πάνω από τα όρια ενός συστήματος για να τροποποιήσει τη διαφορά μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντός του.
Σημείωση:Η θερμότητα και η θερμοκρασία δεν είναι το ίδιο πράγμα. Η θερμότητα είναι η ενέργεια που δίνουμε στο νερό και η θερμοκρασία είναι η ποσότητα ενέργειας που δίνουμε στο νερό.
Θερμικές ιδιότητες των υλικών
Τα ακόλουθα είναι τα διάφορα θερμικά χαρακτηριστικά του Υλικού:
Ειδική θερμότητα
Θερμοχωρητικότητα
Θερμική αγωγιμότητα
Σημείο τήξης
Θερμική διάχυση
Αντοχή σε θερμικό σοκ
Ειδική θερμότητα
Το χαρακτηριστικό της ειδικής θερμότητας καθορίζει ποια υλικά θερμαίνονται γρήγορα. Ως αποτέλεσμα, ειδική θερμότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αλλαγή 1 μονάδας βαθμού σε μία μονάδα μάζας. Το σύμβολο για αυτό είναι «s» και η μονάδα είναι joule/kg Kelvin.
Μαθηματική έκφραση:
1m(∆Q∆T)
Πού
∎ m=Μάζα
∎ T=Θερμοκρασία
∎ Q=Ενεργειακό περιεχόμενο
Σημείωση:Η ειδική θερμότητα διαφέρει για όλα τα υλικά.
Θερμική ικανότητα
Η θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας είναι ένα χαρακτηριστικό του υλικού που καθορίζει πόση θερμική ενέργεια απαιτείται για να επιφέρει μια αλλαγή μονάδας 1 βαθμού.
Σε αυτήν την περίπτωση, μιλάμε για την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ολόκληρης της ουσίας κατά 1 βαθμό. Το σύμβολο για αυτό είναι (H) και η μονάδα είναι joule/Kelvin.
Μαθηματική έκφραση:
H=m×s=∆Q/∆T
Θερμική διαστολή
Όταν εφαρμόζεται θερμική ενέργεια σε μια ουσία, αυτή διαστέλλεται, η οποία είναι γνωστή ως θερμική διαστολή. Δηλαδή, η διάστασή του μετατοπίζεται και μετατοπίζεται προς όλες τις κατευθύνσεις.
Αν το δούμε με γραμμικό τρόπο, το ονομάζουμε γραμμική επέκταση. Αν το δούμε σε μια περιοχή, το λέμε επέκταση περιοχής. Αν μιλάμε για αυτό σε όγκο, το λέμε επέκταση όγκου.
Διατομικές δυνάμεις διέπουν τη θερμική διαστολή. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο χώρος μεταξύ των μορίων διευρύνεται, αυξάνοντας το μέγεθος των μορίων.
Επειδή αυξήσαμε τη θερμοκρασία, η ενέργειά του αυξήθηκε, προκαλώντας δόνηση στο μόριο, που το ώθησε να διασταλεί.
Υπάρχουν τρεις τύποι θερμικής διαστολής:
Γραμμική επέκταση
Επιφανειακή επέκταση
Κυβική επέκταση
Θερμική αγωγιμότητα
Η θερμική αγωγιμότητα είναι μια ιδιότητα υλικού που επιτρέπει στη θερμική ενέργεια να κινείται ελεύθερα. Σε αυτά τα υλικά, αυτό καθορίζει την ικανότητα του υλικού να μεταφέρει τη θερμότητα.
Η ποσότητα του θερμικού υλικού που επιτρέπει στο υλικό να μεταφέρει τη θερμότητα αναφέρεται στο πόσο από αυτό επιτρέπεται να περάσει θερμότητα από το υλικό. Αναφέρεται ως θερμική αγωγιμότητα του υλικού.
Η μονάδα είναι watt/μέτρο Kelvin και υποδεικνύεται ως K.
Σημείο τήξης
Το σημείο τήξης μιας ουσίας είναι η θερμοκρασία στην οποία μεταβαίνει από στερεά σε υγρή κατάσταση. Το σημείο τήξης του καθαρού μετάλλου είναι σταθερό, ενώ αυτό των κραμάτων κυμαίνεται.
Εξαρτάται επίσης από τις δυνάμεις που το συγκρατούν. Όσο μεγαλύτερο είναι το σημείο τήξης, τόσο ισχυρότερη είναι η δύναμη σύνδεσης. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί τήκονται σε υψηλότερη θερμοκρασία από τους ιοντικούς δεσμούς και είναι οι τελευταίοι μεταλλικοί μοριακοί δεσμοί που σχηματίζονται.
Ο εξοπλισμός ασφαλείας όπως το καλώδιο ασφαλειών, τα βύσματα ασφαλειών και οι συσκευές ασφαλείας του λέβητα έχουν χαμηλό σημείο τήξης.
Θερμική διάχυση
Η θερμική διάχυση είναι ο λόγος της θερμικής μας αγωγιμότητας προς τη θερμική μας ικανότητα. Όταν μεταφέρουμε θερμότητα σε ένα υλικό, η θερμική διάχυση μας λέει πόσο γρήγορα θα κατανεμηθεί η θερμότητα στο αντίθετο άκρο του υλικού.
Αυτό σημαίνει ότι εάν η παροχή θερμότητας στο υλικό μας έχει υψηλή διαχυτικότητα, η θερμότητα θα διανεμηθεί με γρήγορο ρυθμό.
Π.χ. Έχουμε μια ράβδο που τη θερμαίνουμε από τη γωνία, οπότε είναι 100 μοίρες εκεί.
Έτσι, εάν η θερμική μας διάχυση είναι υψηλή, το μέταλλό μας θα φτάσει τους 100 βαθμούς Κελσίου σε σύντομο χρονικό διάστημα στο άλλο άκρο. Η θερμότητα θα διανεμηθεί γρήγορα χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους.
Ένα υλικό με υψηλή θερμική διάχυση ανταποκρίνεται γρήγορα στις αλλαγές στο θερμικό περιβάλλον προκειμένου να δημιουργήσει μια σταθερή κατάσταση.
Αντοχή σε θερμικό σοκ
Όταν η θερμοκρασία μιας ουσίας αλλάζει ξαφνικά, αυτή είναι η προϋπόθεση.
Η αντίσταση σε θερμικό σοκ αναφέρεται στην ικανότητα ενός σώματος να παραμένει αμετάβλητο ενόψει μιας απότομης αλλαγής θερμοκρασίας.
Για παράδειγμα, τα όλκιμα υλικά έχουν καλύτερη αντοχή σε θερμικό σοκ από τα εύθραυστα υλικά.
Συμπέρασμα
Οι ιδιότητες ή τα χαρακτηριστικά του υλικού που μεταβάλλονται από τη θερμοκρασία ή τη θερμότητα αναφέρονται ως "θερμικές ιδιότητες υλικών". Η απόκριση μιας στερεής ουσίας σε μια θερμική αλλαγή, όπως μια αύξηση ή μείωση της θερμότητας ή της θερμοκρασίας, είναι γνωστή ως θερμικό χαρακτηριστικό της.
Τα θερμικά χαρακτηριστικά συνδέονται με μια απόκριση που εξαρτάται από το υλικό όταν η θερμότητα παρέχεται σε ένα στερεό σώμα, ένα υγρό ή ένα αέριο. Αυτή η απόκριση θα μπορούσε να είναι μια αύξηση της θερμοκρασίας, μια μετάβαση φάσης, μια αλλαγή στο μήκος ή τον όγκο, η έναρξη μιας χημικής αντίδρασης ή μια αλλαγή σε οποιαδήποτε άλλη φυσική ή χημική ιδιότητα.
Η θερμότητα, από την άλλη πλευρά, είναι ενέργεια που μεταφέρεται κατά μήκος των ορίων ενός συστήματος προκειμένου να αλλάξει η διαφορά μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντός του.
