Termička provodljivost metala i njegova primjena

Metali su supstance koje imaju kristalnu strukturu. Kada se zagreju, mogu se rastopiti, odnosno ući u fluidno stanje. Neki od njih imaju nisku tačku topljenja: mogu se rastopiti tako što ih stavljaju u redovnu žlicu i drže sveće iznad plamena. To je olovo i limenka. Ostali se mogu rastopiti samo u posebnim pećnicama. Bakar i gvožđe su visoke tačke topljenja . Da bi se smanjio, dodatci se dodaju metalu. Dobijene legure (čelik, bronza, liveno gvožđe, mesing) imaju tačku topljenja nižu od matičnog metala.

Na čemu zavisi temperatura topljenja metala? Svi imaju određene karakteristike - toplotni kapacitet i toplotnu provodljivost metala. Kapacitet toplote odnosi se na sposobnost apsorpcije toplote kada se zagreva. Numerički indeks je specifična toplota. To znači količinu energije koja može apsorbovati jedinicu mase metala, zagrevana za 1 ° C. Od ovog indikatora zavisi potrošnja goriva za zagrevanje metalne gajbe do željene temperature. Kapacitet toplote većine metala je u rasponu od 300-400 J / (kg * K), metalne legure - 100-2000 J / (kg * K).

Termička provodljivost metala je prenošenje toplote sa toplijih čestica na hladnije, prema Fourierovom zakonu, za njihovu makroskopsku nepokretnost. Zavisi od strukture materijala, njegovog hemijskog sastava i vrste interatomske veze. U metalima, toplota se prenosi elektronima, u drugim čvrstim materijalima pomoću fonona. Termička provodljivost metala je veća, što je savršenija kristalna struktura koju imaju. Što više metala ima nečistoće, to je više iskrivljeno kristalno rešetkom, a niža je toplotna provodljivost. Doping uvodi ovakve poremećaje u strukturu metala i smanjuje toplotnu provodljivost u odnosu na osnovni metal.

Svi metali imaju dobru toplotnu provodljivost, ali neki imaju više od drugih. Primer takvih metala je zlato, bakar, srebro. Donja termička provodljivost se nalazi u limenkama, aluminijumu i gvožđu. Povećana toplotna provodljivost metala je vrlina ili nedostatak, zavisno od obima njihove upotrebe. Na primjer, neophodno je za metalna posuđa za brzo grijanje hrane. Istovremeno, upotreba metala sa visokom toplotnom provodnošću radi ručke posuđa otežava upotrebu - dugmad se zagrevaju previše brzo i ne mogu se dodirivati. Zbog toga se ovdje koriste toplotnoizolacioni materijali.

Još jedna karakteristika metala koja utiče na njegove osobine je toplotna ekspanzija. Izgleda kao povećanje zapremine metala kada se zagreje i smanjuje se hlađenjem. Ovaj fenomen mora se uzeti u obzir prilikom proizvodnje metalnih proizvoda. Na primjer, poklopci lonaca se prave iznad glave, kotli imaju i razmak između poklopca i kućišta tako da se poklopac ne zaglavi kada se zagreje.

Za svaki metar izračunava se koeficijent toplotne ekspanzije. Određuje se zagrevanjem do 1 ° C prototipa dužine 1 m. Olovo, cink i limen imaju najveći koeficijent. Manji je sa bakrom i srebrom. Još niže - gvožđe i zlato.

O hemijskim svojstvima metala podeljen je na nekoliko grupa. Postoje aktivni metali (na primer, kalijum ili natrijum) koji mogu odmah reagovati sa vazduhom ili vodom. Šest najaktivnijih metala koji čine prvu grupu periodične tablice nazivaju se alkalne. Oni imaju malu tačku topljenja i su tako mekani da se mogu sječiti nožem. Povezujući se sa vodom, formiraju alkalna rastvora, a time i njihovo ime.

Druga grupa sastoji se od alkalnih zemnih metala - kalcijuma, magnezijuma itd. Oni su deo mnogih minerala, čvršći i vatrostalniji. Primeri metala sledeće, treće i četvrte grupe mogu biti olovo i aluminijum. To su prilično mekani metali i često se koriste u legure. Prelazni metali (gvožđe, hrom, nikal, bakar, zlato, srebro) su manje aktivni, više kovanja i često se koriste u industriji u obliku legura.

Položaj svakog metala u nizu aktivnosti karakteriše njegova sposobnost reagovanja. Što je metal aktivniji, lakše je uzeti kiseonik. Vrlo teško je izolovati od jedinjenja, dok se nisko aktivni tipovi metala mogu naći u čistom obliku. Najaktivniji od njih - kalijum i natrijum - čuvaju se u kerozinu, van nje se odmah oksidiraju. Od metala koji se koristi u industriji bakar je najmanje aktivan. To čini cisterne i cevi za toplu vodu, kao i električne žice.