Isı yalıtım malzemeleri. Isı yalıtım malzemeleri seçimi. Petrol ve gazın büyük ansiklopedisi

Her nesne, ısının daha ısıtılmış bir gövdeden daha az ısıtılmış bir gövdeye geçeceği bir "köprü" görevi görebilir.

Böyle bir köprü, örneğin, bir bardak sıcak çaya batırılmış bir çay kaşığıdır. Metal nesneler ısıyı çok iyi iletir. Bardaktaki kaşığın ucu bir saniyede ısınır.

Herhangi bir sıcak karışımı karıştırmanız gerekiyorsa, mikser sapı ahşap veya plastikten yapılmalıdır. Bu katılar ısıyı metallerden 1000 kat daha kötü iletir. "Isı iletir" deriz, ama siz "soğuk iletir" de diyebilirsiniz. Tabii ki, vücudun özellikleri, ısı akışının içinden geçtiği yöne bağlı olarak değişmez. Soğuk günlerde çıplak ellerimizle metale dokunmamaya özen gösteriyoruz ama korkmadan tahta bir sap alıyoruz.

Kötü ısı iletkenleri - aynı zamanda ısı yalıtkanları olarak da adlandırılırlar - ahşap, tuğla, cam ve plastikleri içerir. Evlerin duvarları, soba ve buzdolapları bu malzemelerden yapılmıştır.

Tüm metaller iyi iletkenlerdir. En iyi iletkenler bakır ve gümüştür - ısıyı demirden iki kat daha iyi iletirler.

Tabii ki, sadece katı bir gövde ısı transferi için bir "köprü" olarak hizmet edemez. Sıvılar da ısıyı iletir, ancak. metallerden çok daha kötü. Termal iletkenlik açısından metaller, katı ve sıvı metalik olmayan cisimlerden yüzlerce kat daha üstündür.

Suyun zayıf termal iletkenliğini göstermek için böyle bir deney yaparlar. Su içeren bir test tüpünde, altta bir buz parçası sabitlenir ve test tüpünün üstü bir gaz brülöründe ısıtılır - su kaynamaya başlar ve buz hala erimeyi düşünmez. Test tüpü susuz ve metalden yapılmış olsaydı, hemen hemen bir buz parçası erimeye başlardı. Su, ısıyı bakırdan yaklaşık iki yüz kat daha kötü iletir.

Gazlar, ısıyı yoğunlaşmış metalik olmayan cisimlerden on kat daha kötü iletir. Havanın ısıl iletkenliği bakırınkinden 20.000 kat daha azdır.

Gazların zayıf termal iletkenliği, sıcaklığı -78 ° C olan bir parça kuru buz almanıza ve hatta -196 ° C sıcaklığa sahip avucunuzda bir damla sıvı nitrojen tutmanıza izin verir. . Bu soğuk cisimleri parmaklarınızla sıkmazsanız, "yanma" olmaz. Mesele şu ki, çok kuvvetli bir kaynama ile, bir damla sıvı veya bir parça sağlam vücut bir "buhar ceketi" ile kaplanmıştır ve ortaya çıkan gaz tabakası bir ısı yalıtkanı görevi görür.

Sıvının küresel durumu - damlaların buharla sarıldığı sözde durum - su çok sıcak bir tavaya düşerse oluşur. Avuç içine düşen bir damla kaynar su, kaynar su ile kaynayan su arasındaki sıcaklık farkı olmasına rağmen eli ciddi şekilde yakar. insan vücudu el ve sıvı hava arasındaki sıcaklık farkından daha az. El bir damla kaynar sudan daha soğuktur, damladan ısı kaçar, kaynama durur ve buhar ceketi oluşmaz.

En iyi ısı yalıtkanının vakum - boşluk olduğunu anlamak kolaydır. Boşlukta ısı taşıyıcı yoktur ve termal iletkenlik en düşük olacaktır.

Yani termal koruma oluşturmak istiyorsak; sıcaktan soğuktan veya soğuktan sıcaktan saklayın, en iyisi bir kabuk inşa etmek Çift çeperli ve duvarlar arasındaki boşluktan hava pompalayın. Bu durumda, aşağıdaki ilginç durumla karşı karşıyayız. Gaz seyrekleşirken, termal iletkenliğindeki değişikliği takip edersek, basıncın birkaç milimetre cıvaya ulaştığı ana kadar, termal iletkenliğin pratikte değişmediğini ve sadece daha yüksek bir seviyeye geçerken bunu bulacağız. vakum beklentilerimiz haklı - termal iletkenlik keskin bir şekilde düşüyor.

Sorun ne?

Bu fenomeni anlamak için, bir gazdaki ısı transferi fenomeninin nelerden oluştuğunu görselleştirmeye çalışmak gerekir.

Sıcak bir yerden soğuk bir yere ısı transferi, bir molekülden diğerine enerji aktarılmasıyla gerçekleşir. Hızlı moleküllerin yavaş moleküllerle çarpışmasının genellikle yavaş moleküllerin hızlanmasına ve hızlı moleküllerin yavaşlamasına yol açtığı açıktır. Bu da sıcak bir yerin daha soğuk olacağı ve soğuk bir yerin ısınacağı anlamına gelir.

Basınç düşüşü ısı transferini nasıl etkiler? Basıncın azalması yoğunluğu azalttığı için hızlı moleküllerin yavaş moleküllerle enerjinin aktarıldığı toplantı sayısı da azalacaktır.Bu da ısıl iletkenliği azaltacaktır. moleküllerin ortalama serbest yolundaki artış, ısıyı uzun mesafelere aktarır ve bu, termal iletkenlikte bir artışa katkıda bulunur. Hesaplama, her iki etkinin de dengeli olduğunu ve hava pompalandığında bir süre ısı aktarma yeteneğinin değişmediğini gösterir. dışarı.

Vakum o kadar önemli hale gelene kadar durum böyle olacak ki, koşunun uzunluğu geminin duvarları arasındaki mesafeye eşit olacaktır. Şimdi, basınçtaki daha fazla bir azalma, artık duvarlar arasında "sarkan" moleküllerin yol uzunluğunu değiştiremez, yoğunluk düşüşü "dengelenmez" ve termal iletkenlik, basınçla orantılı olarak hızla düşer, ihmal edilebilir değerlere ulaşır. yüksek bir vakuma ulaşılır. Termos cihazı, vakum kullanımına dayanmaktadır. Termoslar çok yaygındır, sadece sıcak ve soğuk yiyecekleri saklamak için değil, aynı zamanda bilim ve teknolojide de kullanılırlar. Bu durumda, mucidin adından sonra Dewar gemileri olarak adlandırılırlar. Bu tür kaplarda (bazen basitçe dewar olarak adlandırılırlar), sıvı hava, nitrojen ve oksijen taşınır. Bu gazların sıvı halde* nasıl elde edildiğini daha sonra açıklayacağız.

* (Termos şişelerini gören herkes, her zaman gümüş kaplama duvarlara sahip olduklarını fark etmiştir. Ve neden? Gerçek şu ki, bahsettiğimiz termal iletkenlik, ısıyı aktarmanın tek yolu değildir. Başka bir kitapta tartışacağımız başka bir iletim yöntemi daha var - sözde radyasyon. Normal koşullar altında, termal iletkenlikten çok daha zayıftır, ancak yine de oldukça belirgindir. Radyasyonu azaltmak için termosun duvarları gümüş kaplamadır.)

 

Tek tip ısıtma için alevli brülör her zaman hareket halinde tutulmalıdır. Ürünün ısınma derecesi en iyi lehimin erimesinin başlangıcı ile değerlendirilir; Bu renklerin görsel algısı büyük ölçüde işyerinin aydınlatma koşullarına bağlı olduğundan, ısıtılan parçaların renginden büyük bir dikkatle ısınma derecesi hakkında sonuçlar çıkarmak gerekir. Birbirine benzemeyen metalleri veya alaşımları ısıtırken alev, en iyi ısı iletkeni olan bunlardan birine yönlendirilmelidir.

Metallerin karakteristik bir özelliği, ışığı iyi yansıtma yeteneklerinden dolayı özel bir metalik parlaklıktır. Bir metalin yansıtıcılığı, elektriksel iletkenliği ve termal iletkenliği arasında belirli bir paralellik vardır: metal ışığı ne kadar güçlü yansıtırsa, ısı ve elektriği o kadar iyi iletir. Dolayısıyla bakır, gümüş ve altın en yansıtıcı olanlardır ve aynı zamanda ısı ve elektriği en iyi iletenlerdir.

Dışarıdan, metaller, dedikleri gibi, özel bir metalik parlaklık ile karakterize edilir. Bu parlaklığın nedeni, metal yüzeyinin ışık ışınlarını güçlü bir şekilde yansıtmasıdır. Metallerin bir başka karakteristik özelliği, ısı ve elektriği iyi test etme yetenekleridir ve kural olarak, metal ışık ışınlarını ne kadar güçlü yansıtırsa, ısı ve elektriği o kadar iyi iletir. Gümüş, bakır ve altın en güçlü şekilde ışık ışınlarını yansıtır; aynı zamanda en yüksek termal ve elektrik iletkenliğine sahiptirler.

Termal iletkenlik, metallerin ısıtıldığında ısıyı iletme özelliğidir. Metal ısıyı ne kadar iyi iletirse, o kadar hızlı ve homojen bir şekilde ısınır. Metallerin ısıl iletkenliği büyük pratik öneme sahiptir.Metalin ısıl iletkenliği düşükse, o zaman tam ısıtma için yağın uzun süre ısıtılması gerekir; ancak hızlı soğutmada içinde çatlaklar oluşur. En iyi ısı iletkenleri saf metallerdir - gümüş, bakır, alüminyum. Çelik çok daha düşük bir termal iletkenliğe sahiptir.

Metal atomları, düğümlerinde nötr atomlara ek olarak, bazı atomlar tarafından değerlik elektronlarının kaybının bir sonucu olarak oluşan pozitif yüklü iyonların da bulunduğu bir kristal kafes oluşturur. Atomlardan kopan elektronlar metalin hacmi boyunca hareket eder ve belirli bir atoma ait değildir. Kolayca hareket eden elektronların varlığı nedeniyle metaller, elektriği ve ısıyı iyi iletirler. Isı ve elektriği en iyi iletenler gümüş, bakır ve alüminyumdur.

Termal iletkenlik, metallerin ısıtıldığında ısıyı iletme özelliğidir. Metal ısıyı ne kadar iyi iletirse, o kadar hızlı ve eşit şekilde ısınır. Metallerin termal iletkenliği büyük pratik öneme sahiptir. Metalin ısıl iletkenliği düşükse, tam ısıtma için uzun süreli ısıtmaya ihtiyaç duyar; hızlı soğutma ile, içinde onarılamaz bir ürün evliliğine yol açan çatlaklar oluşur. En iyi ısı iletkenleri saf metallerdir - gümüş, bakır, alüminyum. Karmaşıklık nedeniyle çelik kimyasal bileşimçok daha düşük bir termal iletkenliğe sahiptir.

Tüm metaller, ışık ışınlarını güçlü bir şekilde yansıtma yeteneklerinden dolayı metalik bir parlaklığa sahiptir. Çoğu, yalnızca sürekli bir kütle halinde olduklarında parlaklıklarını korurlar. İnce bir şekilde bölündüğünde, magnezyum ve alüminyum hariç çoğu metal siyah veya gridir. Metaller ısı ve elektriği iyi iletirler ve en iyi ısı iletkenleri aynı zamanda en iyi iletkenlerdir. elektrik akımı. Gümüş ve bakır, ısıyı ve elektriği en iyi, kurşun ve cıvayı ise en az iletir.

Landau, popüler derslerinden birinde, sıcaklık geçiş noktasının ötesine düştüğünde, sıvı helyum aniden bir sıvı için tamamen doğaüstü bir şekilde ısı iletmeye başlar, dedi. Muhtemelen sıvıların genel olarak ısıyı çok zayıf ilettiklerini, özellikle sıradan suyun ısıyı iyi iletmediğini duymuşsunuzdur. Diğer sıvılar, tüm metaller gibi cıva dışında en iyi termal iletkenliğe sahip değildir. iyi bir iletken sıcaklık. Isı ve helyum I'i kötü iletir, sıradan sıvı helyum. Ve sıcaklık, sıvı helyumun helyum I'den helyum II'ye geçiş noktasına düştüğünde, ısıyı en iyi ısı iletkenleri olan bakır ve gümüşten daha iyi iletmeye başlar ve değişim aniden gerçekleşir. Muazzam ısı transferi özelliği elbette hemen dikkat çekti ve bu anlaşılmaz sıvıda çok daha şaşırtıcının gizli olduğunu gösterdi.

Landau, popüler derslerinden birinde, sıcaklık geçiş noktasının ötesine düştüğünde, sıvı helyum aniden bir sıvı için tamamen doğaüstü bir şekilde ısı iletmeye başlar, dedi. Muhtemelen sıvıların genel olarak çok zayıf ısı iletkenleri olduğunu duymuşsunuzdur, özellikle sıradan su da zayıf bir ısı iletkenidir. Diğer sıvılar, tüm metaller gibi iyi bir ısı iletkeni olan cıva dışında en iyi termal iletkenliğe sahip değildir. Isı ve helyum I'i kötü iletir, sıradan sıvı helyum. Sıcaklık, sıvı helyumun helyum I'den helyum II'ye geçiş noktasına düştüğünde, ısıyı en iyi ısı iletkenleri olan bakır ve gümüşten daha iyi iletmeye başlar ve değişim aniden gerçekleşir. Muazzam ısı transferi özelliği elbette hemen dikkat çekti ve bu anlaşılmaz sıvıda daha birçok şaşırtıcı şeyin gizlendiğini gösterdi.

Metallerin periyodik kimyasal elementler sisteminin farklı yerlerindeki konumu, özelliklerinin çoğunun büyük ölçüde değişmesi gerektiğini gösterir. Bununla birlikte, bununla birlikte, tüm metallerde bulunan bazı özellikler vardır. Cıva hariç metaller katı maddelerdir. Tüm metaller, ışık ışınlarını güçlü bir şekilde yansıtma yeteneklerinden kaynaklanan karakteristik bir metalik parlaklığa sahiptir. Çoğu, yalnızca sürekli bir kütle halinde olduklarında parlaklıklarını korurlar. İnce bölünmüş formda, metallerin çoğu siyah veya gridir. Metaller ısıyı ve elektriği iyi iletirler ve en iyi ısı iletkenleri aynı zamanda elektrik akımını da en iyi iletirler. Gümüş ve bakır, ısıyı ve elektriği en iyi, kurşun ve cıvayı ise en az iletir.

Mühendisler, her fırsatta ısı temini ve çıkarılması sorunuyla karşılaşırlar. Bir nükleer santral çalışıyor, bu da şu anlama geliyor: nükleer reaktör elektriğe dönüştürülmesi için mümkün olduğunca çabuk çıkarılması gereken büyük miktarda termal enerji açığa çıkar. Bir elektrik motoru dönüyor, içten yanmalı bir motor şişiyor, bir radyo lambası yanıyor, bir roket atmosfere çarpıyor - burada zaten ısının hızla atılması gerektiğinde zararlı ısıtma ile uğraşıyoruz. Isı mühendislerinin uzun yıllardır yavaş ısı akışlarının hareketini hızlandırmak için beyinlerini zorlamaları şaşırtıcı değil. 2 - 3 santimetre çapında ve yarım metreden kısa bir bakır çubuktan sadece 10 kilovatlık termal enerjiyi geçirmek için çok büyük bir termal kafaya ihtiyaç vardır. Çubuğun bir ucunun Güneş'in yüzeyinden üç kat daha fazla ısıtılması, aslında buhara dönüşmesi, diğer ucunun ise güneşte kalması gerekiyordu. oda sıcaklığı. Ancak bakır bunlardan biri olarak kabul edilir. en iyi rehberler sıcaklık. Isı borusuna gelince, aynı boyutlarda, bu enerjiyi neredeyse hiç direnç göstermeden geçirecek ve uçları arasındaki sıcaklık farkı neredeyse ölçülemez. Sadece üç metre çapında ve 40 ton ağırlığında bir bakır blok benzer bir ısı iletkenliğine sahip olabilir.