الموصلية الحرارية للمعادن وتطبيقاتها

المعادن هي المواد التي لديهاهيكل الكريستال. عند تسخينها ، فإنها قادرة على الذوبان ، أي ، الخوض في حالة السوائل. البعض منهم لديهم نقطة انصهار منخفضة: يمكن إذابتها بوضعها في ملعقة عادية واحتجاز الشموع فوق اللهب. انها الرصاص والقصدير. يمكن صهر الآخرين فقط في أفران خاصة. النحاس والحديد لهما نقطة انصهار عالية. للحد من ذلك ، يتم إضافة إضافات إلى المعدن. تحتوي السبائك الناتجة (الفولاذ ، البرونز ، الحديد الزهر ، النحاس) على نقطة انصهار أقل من المعدن الأم.

على ماذا تعتمد نقطة انصهار المعادن؟ كل منهم لديهم خصائص معينة - السعة الحرارية والتوصيل الحراري للمعادن. تشير القدرة الحرارية إلى القدرة على امتصاص الحرارة عند تسخينها. مؤشرها العددي هو الحرارة النوعية. وهو يعني كمية الطاقة التي يمكن أن تمتص وحدة كتلة من المعدن ، يسخن بواسطة 1 درجة مئوية. من هذا المؤشر يعتمد استهلاك الوقود لتسخين التشكيل المعدني إلى درجة الحرارة المطلوبة. تتراوح السعة الحرارية لمعظم المعادن في النطاق 300-400 J / (kg * K) ، والسبائك المعدنية - 100-2000 J / (kg * K).

الموصلية الحرارية للمعادن هو نقل الحرارةمن الجسيمات الأكثر سخونة إلى الجسيمات الأكثر برودة وفقًا لقانون فورييه بسبب عدم حركته المجهري. يعتمد ذلك على بنية المادة وتركيبها الكيميائي ونوع السندات فيما بين السلالات. في المعادن ، يتم نقل الحرارة عن طريق الإلكترونات ، في المواد الصلبة الأخرى بواسطة الفونونات. الموصلية الحرارية للمعادن هي أعلى ، وأكثر كمالاً للهيكل البلوري لديهم. فكلما كان المعدن أكثر من الشوائب ، كانت الشبكة البلورية أكثر تشوها ، وانخفاض الموصلية الحرارية. يقدم المنشط مثل هذه التشوهات في هيكل المعادن ويقلل من الموصلية الحرارية بالنسبة للمعادن الأساسية.

جميع المعادن لديها الموصلية الحرارية الجيدة ، ولكنبعض أعلى من غيرها. مثال على هذه المعادن هو الذهب والنحاس والفضة. تم العثور على الموصلية الحرارية أقل في القصدير والألمنيوم والحديد. زيادة التوصيل الحراري للمعادن هي فضيلة أو عيب ، اعتمادا على نطاق استخدامها. على سبيل المثال ، من الضروري للأطباق المعدنية للتسخين السريع للمواد الغذائية. وفي الوقت نفسه ، فإن استخدام المعادن ذات الموصلية الحرارية العالية لجعل مقابض الأطباق يجعل من الصعب استخدامها - تسخن المقابض بسرعة كبيرة ولا يمكن لمسها. لذلك ، يتم استخدام المواد العازلة للحرارة هنا.

سمة أخرى من المعادن التي تؤثر علىخصائص - التمدد الحراري. يبدو مثل زيادة في حجم المعدن عندما يتم تسخينه ويقل مع التبريد. يجب أن تؤخذ هذه الظاهرة بعين الاعتبار عند تصنيع المنتجات المعدنية. على سبيل المثال ، يتم وضع أغطية الأغطية في الأعلى ، كما تحتوي الغلايات أيضًا على فجوة بين الغطاء والغلاف بحيث لا يعلق الغطاء عند تسخينه.

لكل معدن ، المعاملالتمدد الحراري. يتم تحديده بالتسخين إلى 1 درجة مئوية من النموذج الأولي الذي يبلغ طوله 1 متر ، ويكون للرصاص والزنك والقصدير أكبر معامل. هو أصغر مع النحاس والفضة. حتى أقل - الحديد والذهب.

من الخصائص الكيميائية ، وتنقسم المعادن إلىعدة مجموعات. هناك معادن نشطة (على سبيل المثال ، البوتاسيوم أو الصوديوم) قادرة على التفاعل الفوري مع الهواء أو الماء. تسمى المعادن الستة الأكثر نشاطا التي تشكل المجموعة الأولى من الجدول الدوري بالقلويات. لديهم نقطة انصهار صغيرة وناعمة جدا بحيث يمكن قطعها بسكين. بالتواصل مع الماء ، فإنها تشكل حلول قلوية ، ومن هنا يتم تسميتها.

تتكون المجموعة الثانية من معادن ترابية قلوية - الكالسيوم والمغنيسيوم ، وما إلى ذلك. فهي جزء من العديد من المعادن ، وأكثر صلابة وحرارية. يمكن أن تكون أمثلة معادن المجموعات التالية والثالثة والرابعة هي الرصاص والألمنيوم. هذه هي المعادن الناعمة إلى حد ما وغالبا ما تستخدم في السبائك. المعادن الانتقالية (الحديد والكروم والنيكل والنحاس والذهب والفضة) هي أقل نشاطا وأكثر تزوير وغالبا ما تستخدم في الصناعة في شكل سبائك.

موقف كل معدن في سلسلة النشاطيميز قدرته على الاستجابة. كلما كان المعدن أكثر فاعلية ، أصبح الأمر أسهل من الأكسجين. يصعب عزلها عن المركبات ، بينما يمكن العثور على أنواع منخفضة من المعادن بشكل نقي. يتم تخزينها الأكثر نشاطا - البوتاسيوم والصوديوم - في الكيروسين ، وخارجها تتأكسد على الفور. من المعادن المستخدمة في الصناعة ، والنحاس هو الأقل نشاطا. يجعل الخزانات والأنابيب للمياه الساخنة ، وكذلك الأسلاك الكهربائية.