La conductivitat tèrmica dels metalls i la seva aplicació

Els metalls són substàncies que tenen una estructura cristal·lina. Quan s'escalfa, es poden fondre, és a dir, anar a un estat fluid. Alguns tenen un punt de fusió baix: es poden fondre col·locant-los en una cullera regular i sostenint espelmes per sobre de la flama. És plom i estany. Altres es poden fondre només en forns especials. El coure i el ferro són punts de fusió elevats . Per reduir-lo, s'afegeixen additius al metall. Els aliatges resultants (acer, bronze, ferro colat, llautó) tenen un punt de fusió més baix que el metall primari.

En què depèn el punt de fusió dels metalls? Tots ells tenen certes característiques: la capacitat calorífica i la conductivitat tèrmica dels metalls. La capacitat de calor es refereix a la capacitat d'absorbir calor quan s'escalfa. El seu índex numèric és la calor específica. Significa la quantitat d'energia que pot absorbir una unitat de massa de metall, escalfada per 1 ° C. A partir d'aquest indicador, depèn el consum de combustible per escalfar la bitàcita metàl·lica a la temperatura desitjada. La capacitat calorífica de la majoria dels metalls es troba en el rang de 300-400 J / (kg * K), aliatges metàl·lics: 100-2000 J / (kg * K).

La conductivitat tèrmica dels metalls és la transferència de calor des de les partícules més càlides fins a les més fredes segons la llei de Fourier per la seva immobilitat macroscòpica. Depèn de l'estructura del material, la seva composició química i el tipus d'enllaç interatòmic. En els metalls, la calor es transfereix per electrons, en altres materials sòlids per fonons. La conductivitat tèrmica dels metalls és com més alta, com més perfecta és l'estructura de cristall que tenen. Com més metall tingui impureses, més es distorsió la xarxa de cristall, i menor serà la conductivitat tèrmica. El dopatge introdueix aquestes distorsions en l'estructura dels metalls i disminueix la conductivitat tèrmica pel que fa al metall base.

Tots els metalls tenen bona conductivitat tèrmica, però alguns tenen un rendiment superior als altres. Un exemple d'aquests metalls és l'or, el coure, la plata. La menor conductivitat tèrmica es troba en llauna, alumini i ferro. L'augment de la conductivitat tèrmica dels metalls és una virtut o un desavantatge, depenent de l'abast del seu ús. Per exemple, és necessari que els plats metàl·lics per escalfar ràpidament els aliments. Al mateix temps, l'ús de metalls amb elevada conductivitat tèrmica per fer que les nanses dels plats dificulten l'ús: les potes s'escalfen amb massa rapidesa i no es poden tocar. Per tant, aquí s'utilitzen materials aïllants tèrmics.

Una altra característica del metall que afecta les seves propietats és l'expansió tèrmica. Sembla un augment del volum del metall quan s'escalfa i disminueix amb el refredament. Aquest fenomen s'ha de tenir en compte en la fabricació de productes metàl·lics. Per exemple, les tapes de les olles estan fetes a la part superior, les calderes també tenen un buit entre la tapa i la carcassa, de manera que la tapa no s'aturi quan s'escalfa.

Per a cada metall es calcula el coeficient d' expansió tèrmica. Es determina escalfant a 1 ° C d'un prototip amb una longitud d'1 m. El plom, el zinc i l'estany tenen el major coeficient. És més petit amb coure i plata. Encara més baixa: ferro i or.

Sobre les propietats químiques dels metalls es divideixen en diversos grups. Hi ha metalls actius (per exemple, potassi o sodi) capaços de reaccionar instantàniament amb aire o aigua. Els sis metalls més actius que formen el primer grup de la taula periòdica són anomenats alcalins. Tenen un punt de fusió petit i són tan suaus que es poden tallar amb un ganivet. Connectant amb l'aigua, formen solucions alcalines, d'aquí el seu nom.

El segon grup consisteix en metalls alcalins: calci, magnesi, etc. Formen part de molts minerals, més sòlids i refractaris. Exemples de metalls del grup següent, tercer i quart poden ser plom i alumini. Són metalls força suaus i s'utilitzen sovint en aliatges. Els metalls de transició (ferro, crom, níquel, coure, or, plata) són menys actius, més forjat i sovint s'utilitzen en la indústria en forma d'aliatges.

La posició de cada metall en una sèrie d'activitats caracteritza la seva capacitat de reaccionar. Com més actiu sigui el metall, més fàcil serà l'oxigen. Són molt difícils d'aïllar dels compostos, mentre que els tipus de metalls poc actius es poden trobar en forma pura. El més actiu - el potassi i el sodi - s'emmagatzemen en querosè, fora d'ells s'oxiden immediatament. Dels metalls utilitzats en la indústria, el coure és el menys actiu. Fa dipòsits i canonades d'aigua calenta, així com cables elèctrics.