9 CHẤT DẪN NHIỆT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHÚNG - KHOA HỌC - 2025

Chất dẫn nhiệt là vật liệu có cấu trúc sao cho nhiệt có thể truyền qua chúng một cách dễ dàng. Cần phải nhớ rằng tất cả vật chất đều được cấu tạo bởi các nguyên tử và phân tử trong chuyển động dao động liên tục, và nhiệt chuyển thành kích động lớn hơn của các hạt này.

Một số vật liệu dẫn nhiệt tốt hơn những vật liệu khác, bởi vì cấu hình bên trong của chúng tạo điều kiện cho dòng năng lượng này. Ví dụ, gỗ không phải là chất dẫn nhiệt tốt vì phải mất một thời gian dài để nóng lên. Nhưng mặt khác, sắt, đồng và các kim loại khác, có nghĩa là các hạt của chúng thu được động năng rất nhanh.

Mỡ nhiệt được sử dụng trong chip máy tính là chất dẫn nhiệt tốt, nhưng không dẫn điện. Nguồn: Wikimedia Commons.

Đây là lý do tại sao kim loại được ưa chuộng để làm đồ dùng nhà bếp, chẳng hạn như nồi và chảo. Chúng nóng lên nhanh chóng và đạt nhiệt độ đủ cao để thức ăn chín đúng cách.

Tuy nhiên tay cầm và tay cầm, nơi tiếp xúc với tay người dùng, được làm bằng vật liệu cách nhiệt khác. Bằng cách này, chảo dễ dàng xử lý ngay cả khi chúng còn nóng.

Các loại dây dẫn

Tùy thuộc vào cách dẫn nhiệt của chúng, vật liệu được phân loại thành:

- Chất dẫn nhiệt : kim cương và các kim loại như đồng, sắt, kẽm và nhôm, v.v. Thông thường vật dẫn điện tốt cũng là vật dẫn nhiệt tốt.

- Chất cách nhiệt : gỗ, cao su, sợi thủy tinh, nhựa, giấy, len, anime, nút chai, polyme là những ví dụ điển hình. Khí cũng không phải là chất dẫn điện tốt.

Tính dẫn nhiệt của vật liệu

Tính chất đặc trưng cho cách dẫn nhiệt của mỗi loại được gọi là độ dẫn nhiệt. Chất có độ dẫn nhiệt càng cao thì chất đó dẫn nhiệt càng tốt.

Tính dẫn nhiệt của các chất được xác định bằng thực nghiệm. Trong Hệ đơn vị quốc tế SI, độ dẫn nhiệt được đo bằng Watt / (mét x kelvin) hoặc W / (mK). Nó được hiểu như sau:

Một đơn vị khác cho độ dẫn nhiệt được sử dụng ở các nước Anglo-Saxon là BTUH / (ft.ºF), trong đó BTUH là viết tắt của British Thermal Unit per giờ.

Nhiệt truyền qua chất rắn khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các đầu của nó. Nguồn: Wikimedia Commons.

Giá trị độ dẫn nhiệt

Dưới đây là độ dẫn nhiệt của một số nguyên tố và vật liệu được tìm thấy trong tự nhiên và thường được sử dụng trong công nghiệp.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng có những hợp chất tổng hợp, vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, có độ dẫn nhiệt vượt xa kim cương, đứng đầu bảng.

Nhiệt độ quyết định đến giá trị dẫn nhiệt của kim loại. Khi nhiệt độ tăng, độ dẫn nhiệt cũng vậy (mặc dù độ dẫn điện giảm). Đối với phi kim loại, độ dẫn nhiệt gần như không đổi trong một khoảng nhiệt độ rộng.

Các giá trị trong bảng được quy định ở 25ºC và 1 áp suất khí quyển.

Khi chọn một vật liệu cho các tính chất nhiệt của nó, phải tính đến việc nó nở ra vì nhiệt. Công suất này được cho bởi hệ số giãn nở nhiệt.

Dây dẫn nhiệt chính

Kim cương

Kim cương là chất dẫn nhiệt tốt nhất trong tự nhiên. Nguồn: Robert Lavinsky qua Wikimedia Commons.

Nó là chất dẫn nhiệt tốt nhất ở nhiệt độ phòng, tốt hơn nhiều so với đồng và bất kỳ kim loại nào khác. Trong kim cương, là chất cách điện, nhiệt không truyền qua các electron dẫn mà thông qua sự lan truyền dao động trong cấu trúc tinh thể có tổ chức cao của nó. Những rung động này được gọi là phonon.

Nó cũng có hệ số giãn nở nhiệt thấp, có nghĩa là kích thước của nó sẽ vẫn gần với kích thước ban đầu khi được làm nóng. Khi cần một chất dẫn nhiệt tốt mà không dẫn điện thì kim cương là lựa chọn tốt nhất.

Do đó, nó được sử dụng rộng rãi để loại bỏ nhiệt sinh ra từ các mạch điện trong máy tính và các thiết bị điện tử khác. Nhưng nó có một nhược điểm lớn: nó cực kỳ đắt tiền. Mặc dù có kim cương tổng hợp, nhưng chúng không dễ chế tạo và chúng cũng rất đắt.

Bạc

Những đồng bạc

Nó là một kim loại được đánh giá cao về trang trí do độ sáng bóng, màu sắc và tính dễ uốn. Nó có khả năng chống oxy hóa và trong số tất cả các kim loại, nó là kim loại có độ dẫn nhiệt cao nhất, cũng như dẫn điện tuyệt vời.

Vì lý do này, nó có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, cả một mình và trong hợp kim với các nguyên tố khác như niken và paladi.

Với bạc nguyên chất, người ta chế tạo các mạch in, cáp siêu dẫn nhiệt độ cao và tráng các dây dẫn dùng trong điện tử, ngoài ra còn được dùng bằng hợp kim để làm tiếp điểm điện.

Nó có nhược điểm là tương đối khan hiếm và do đó đắt tiền, nhưng sự kết hợp độc đáo của các đặc tính vật lý cho các ứng dụng này khiến nó trở thành một sự thay thế tuyệt vời, vì nó rất linh hoạt và với nó, các dây dẫn có chiều dài tốt.

Đồng

Dây đồng

Nó là một trong những kim loại được sử dụng nhiều nhất khi cần dẫn nhiệt tốt, vì nó không dễ bị ăn mòn và nhiệt độ nóng chảy khá cao, có nghĩa là nó sẽ không dễ bị nóng chảy khi tiếp xúc với nhiệt.

Những ưu điểm khác của nó là độ dẻo, ngoài ra nó không có từ tính. Đồng có thể tái chế và rẻ hơn nhiều so với bạc. Tuy nhiên, hệ số giãn nở nhiệt của nó cao, có nghĩa là kích thước của nó thay đổi đáng kể khi bị nung nóng.

Do đặc tính nhiệt tốt, nó được sử dụng rộng rãi trong các đồ dùng nhà bếp, chẳng hạn như nồi đồng phủ thép. Ngoài ra còn để sản xuất bộ trao đổi nhiệt trong bồn nước nóng, trong hệ thống sưởi trung tâm, bộ tản nhiệt xe hơi và tản nhiệt trong các thiết bị điện tử.

Vàng

Mặt nạ vàng Prehispanic

Đây là mệnh kim loại quý xuất sắc và chiếm vị trí hàng đầu trong lịch sử nhân loại. Ngoài ý nghĩa đặc biệt này, vàng còn dễ uốn, chịu được và là chất dẫn nhiệt và dẫn điện tuyệt vời.

Vì vàng không bị ăn mòn nên nó được sử dụng để mang dòng điện nhỏ trong các linh kiện điện tử ở trạng thái rắn. Các dòng điện này rất nhỏ nên chúng có thể dễ dàng bị ngắt khi có dấu hiệu ăn mòn nhỏ nhất, đó là lý do tại sao vàng đảm bảo cho các linh kiện điện tử đáng tin cậy.

Nó cũng được sử dụng để sản xuất đầu nối tai nghe, tiếp điểm, rơ le và trong các loại cáp vá. Các thiết bị như điện thoại thông minh, máy tính, máy tính xách tay và máy tính để bàn cũng như TV chứa một lượng nhỏ vàng.

Kính đặc biệt cho không gian điều hòa không khí cũng chứa vàng phân tán, theo cách đó chúng giúp phản xạ bức xạ mặt trời bên ngoài, giữ sự tươi mát bên trong khi trời rất nóng. Đồng thời, chúng giúp duy trì nhiệt bên trong tòa nhà khi mùa đông.

Lithium

Pin Lithium ion. Tác giả: Ông ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * ngày nhiếp ảnh, tháng 8 năm 2005 * nhiếp ảnh gia Aney. Nguồn: Wikimedia Commons.

Nó nhẹ nhất trong tất cả các kim loại, mặc dù rất dễ phản ứng nên dễ bị ăn mòn. Bạn cũng phải xử lý nó một cách hết sức thận trọng, vì nó rất dễ cháy. Do đó, mặc dù rất nhiều nhưng nó không được tìm thấy ở trạng thái tự do mà ở trong các hợp chất, đó là lý do tại sao nó phải được phân lập nói chung bằng phương pháp điện phân.

Tính dẫn nhiệt của nó tương tự như vàng, nhưng nó rẻ hơn nhiều. Lithium cacbonat là một hợp chất được sử dụng trong sản xuất thủy tinh chịu nhiệt và gốm sứ.

Một cách sử dụng rộng rãi khác của lithium là sản xuất pin nhẹ, bền lâu, trong đó lithium clorua được sử dụng để chiết xuất lithium kim loại. Được thêm vào trong quá trình xử lý nhôm, nó làm tăng độ dẫn điện và giảm nhiệt độ hoạt động.

Nhôm

Xô kim loại nhôm. Nguồn: Carsten Niehaus

Kim loại nhẹ, rẻ tiền, chịu lực cao và dễ gia công này là một trong những vật liệu chính được sử dụng để chế tạo bộ trao đổi nhiệt trong các thiết bị điều hòa không khí như điều hòa không khí và lò sưởi.

Cả trong nước và công nghiệp, đồ dùng bằng nhôm được sử dụng rộng rãi trong các nhà bếp trên khắp thế giới.

Các đồ dùng bằng nhôm như nồi, chảo, khay nướng cực kỳ hiệu quả. Chúng không làm thay đổi hương vị của thực phẩm và cho phép nhiệt lượng tỏa ra nhanh chóng và đều khi nấu nướng.

Mặc dù vậy, xoong nồi nhôm đã được thay thế bằng thép không gỉ, chất dẫn nhiệt không tốt. Điều này là do thép không gỉ không phản ứng với axit mạnh hơn, chẳng hạn như nước sốt cà chua.

Đó là lý do tại sao nên làm nước sốt cà chua trong các dụng cụ bằng thép để ngăn nhôm xâm nhập vào thực phẩm, vì một số có liên kết với nhôm - có trong thuốc kháng axit, bột talc, chất khử mùi và nhiều sản phẩm khác - làm xuất hiện các bệnh thoái hóa, mặc dù hầu hết các chuyên gia cũng như FDA bác bỏ giả thuyết này.

Một cái chảo nhôm ở phía trước. Nguồn: Pixabay.

Dụng cụ nấu được làm từ nhôm anod không có nguy cơ giải phóng các hạt nhôm và về nguyên tắc có thể được sử dụng với độ an toàn cao hơn.

Đồng

Đồng của những chiếc chuông cổ này thể hiện tính hữu dụng của kim loại đối với mục đích trang trí hoặc tôn giáo. Nguồn: Pxhere.

Đồng là hợp kim của chủ yếu là đồng và thiếc, với các kim loại khác ở mức độ thấp hơn. Nó đã có mặt từ xa xưa trong lịch sử loài người.

Nó quan trọng đến mức một thời kỳ Tiền sử thậm chí còn được đặt tên là Thời đại đồ đồng, thời kỳ mà con người phát hiện ra và bắt đầu sử dụng các đặc tính của hợp kim này.

Đồ đồng có khả năng chống ăn mòn và dễ gia công. Ban đầu nó được sử dụng để làm các đồ dùng, công cụ, đồ trang sức, đồ vật nghệ thuật (ví dụ như tác phẩm điêu khắc) và vũ khí, cũng như đúc tiền xu. Ngày nay nó vẫn được sử dụng để chế tạo ống dẫn, các bộ phận cơ khí và nhạc cụ.

Kẽm

Kính đồng hồ bằng kẽm oxit. Nguồn: Adam Rędzikowski

Nó là một kim loại màu trắng xanh rất dễ uốn và dễ uốn, dễ gia công, mặc dù có nhiệt độ nóng chảy thấp. Nó đã được biết đến từ thời cổ đại, chủ yếu được sử dụng trong hợp kim.

Nó hiện được sử dụng để mạ thép và do đó bảo vệ nó khỏi bị ăn mòn. Đồng thời để sản xuất pin, bột màu và sản xuất các tấm kẽm đặc biệt cho ngành xây dựng.

Bàn là

Mạt sắt trên nam châm. Nguồn: Aney qua Commons Wikimedia.

Sắt là một kim loại khác có ý nghĩa lịch sử to lớn. Giống như đồ đồng, đồ sắt được liên kết với một giai đoạn tiền sử, trong đó những tiến bộ công nghệ vĩ đại đã xảy ra: Thời đại đồ sắt.

Ngày nay gang vẫn tiếp tục có nhiều ứng dụng để chế tạo các công cụ, đồ dùng, trong xây dựng và là nguyên liệu để sản xuất các bộ phận ô tô.

Như chúng ta đã thấy, sắt là chất dẫn nhiệt rất tốt. Vật bằng sắt phân bố nhiệt rất tốt và giữ được lâu. Nó cũng có nhiệt độ nóng chảy cao, giúp nó chịu được nhiệt độ cao, do đó nó hữu ích trong sản xuất tất cả các loại lò nướng, cả công nghiệp và gia dụng.

Người giới thiệu

1. CK-12. Chất dẫn nhiệt và chất cách điện. Được khôi phục từ: ck12.org.
2. Đồng: Thuộc tính và Ứng dụng. Được khôi phục từ: copperalliance.org.
3. Effunda. Tính chất của vật liệu rắn commons. Được khôi phục từ efunda.com
4. Hill, D. Tính chất nhiệt của gang. Khôi phục từ: ehow.com.
5. King, H. Nhiều công dụng của vàng. Phục hồi từ: geology.com.
6. Liti. Đã khôi phục từ: gob.mx.
7. Vật lý sáng tạo lại. Sự truyền nhiệt. Phục hồi từ: fisicarecreativa.com.
8. Wikipedia. Danh sách các chất dẫn nhiệt. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.