Cosa sono i materiali conduttivi di calore?

Il materiali conduttivi di calore sono quelli che consentono al calore di trasferirsi in modo efficiente tra una superficie (o un liquido) ad alta temperatura e un'altra a temperatura inferiore.

I materiali termoconduttori sono utilizzati in diverse applicazioni ingegneristiche. Tra le applicazioni più importanti vi sono la costruzione di apparecchiature di raffreddamento, apparecchiature di dissipazione del calore e in generale tutte le apparecchiature che richiedono lo scambio di calore nei propri processi..

Quei materiali che non sono buoni conduttori di calore sono noti come isolanti. Tra i materiali isolanti più utilizzati ci sono il sughero e il legno.

È comune che i materiali che conducono bene il calore siano anche buoni conduttori di elettricità. Alcuni esempi di buoni materiali conduttivi per calore ed elettricità sono alluminio, rame e argento, tra gli altri..

Diversi materiali e le rispettive proprietà di conduzione del calore possono essere trovati nei manuali di chimica che riassumono i risultati della conduzione sperimentale eseguiti su questi materiali..

Conduzione di calore

La conduzione è il trasferimento di calore che avviene tra due strati dello stesso materiale o tra superfici a contatto di due materiali che non scambiano materia.

In questo caso, il trasferimento di calore nei materiali avviene grazie agli shock molecolari che si verificano tra gli strati o le superfici..

Gli shock molecolari consentono lo scambio di energia interna e cinetica tra gli atomi del materiale.

Pertanto, lo strato o la superficie con atomi di maggiore energia interna e cinetica trasferisce l'energia agli strati o alle superfici di minore energia, aumentando così la loro temperatura..

Materiali diversi hanno strutture molecolari diverse, il che fa sì che non tutti i materiali abbiano la stessa capacità di condurre il calore.

Conduttività termica

Per esprimere la capacità di un materiale o di un fluido di condurre il calore, viene utilizzata la proprietà fisica "conducibilità termica", che di solito è rappresentata dalla lettera K.

La conducibilità termica è una proprietà che deve essere trovata sperimentalmente. Le stime sperimentali della conducibilità termica per materiali solidi sono relativamente semplici, ma il processo è complesso per solidi e gas..

La conducibilità termica per materiali e fluidi è riportata per una quantità di materiale con un'area di flusso di 1 piede quadrato, uno spessore di 1 piede, per un'ora con una differenza di temperatura di 1 ° K.

Materiali conduttivi di calore

Sebbene in teoria tutti i materiali possano trasferire calore, alcuni hanno una conduzione migliore di altri.

In natura ci sono materiali come il rame o l'alluminio che sono buoni conduttori di calore, tuttavia la scienza dei materiali, la nanotecnologia e l'ingegneria hanno permesso la creazione di nuovi materiali con buone proprietà di conduzione..

Mentre un materiale conduttore di calore come il rame, che si trova in natura, ha una conduttività termica di 401 W / K m, sono stati riportati nanotubi di carbonio fabbricati con conduttività termiche vicine a 6600 W / K m..

I valori di conducibilità termica per vari materiali possono essere visualizzati nella tabella seguente:

Riferimenti

1. Berber S. Kwon Y. Tomanek D. Conduttività termica insolitamente elevata dei nanotubi di carbonio. Lettere di recensioni fisiche. 2000; 84: 4613
2. Chen Q. et al. Un criterio alternativo per l'ottimizzazione del trasferimento di calore. Atti della Royal Society A: Scienze matematiche, fisiche e ingegneristiche 2011; 467 (2128): 1012-1028.
3. Cortes L. et al. 2010. Conduttività termica dei materiali. Simposio di metrologia.
4. Kaufman W. C. Bothe D.Meyer S.D. Capacità di isolamento termico dei materiali per abbigliamento Qutdoor. Scienza. 1982; 215 (4533): 690-691.
5. Kern D. 1965. Processi di trasferimento di calore. Mcgraw hill.
6. Merabia S. et al. Trasferimento di calore da nanoparticelle: un'analisi dello stato corrispondente. Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America. 2009; 106 (36): 15113-15118.
7. Salunkhe P. B. Jaya Krishna D. Indagini sui materiali di accumulo di calore latente per applicazioni solari per l'acqua e il riscaldamento degli ambienti. Journal of Energy Storage. 2017; 12: 243-260.