Kim loại và hợp kim là một nhóm các chất được biết là có độ dẻo và dễ uốn cao. Khoảng ¾ của tất cả các nguyên tố hóa học được phát hiện là kim loại. Nhôm, natri, canxi, sắt, kali và magiê được tìm thấy rất nhiều trong lớp vỏ Trái đất. Phần lớn các kim loại được tìm thấy trong quặng. Nhưng các kim loại như bạc, bạch kim, vàng và đồng có sẵn ở trạng thái tự do. Điều này là do các nguyên tố này không dễ dàng phản ứng với các nguyên tố hóa học khác. Trong bài viết này, Đại Dương sẽ giải quyết tất cả các câu hỏi liên quan đến sự dẫn nhiệt của kim loại và hợp kim.Vậy kim loại, hợp kim có dẫn nhiệt không?
Đúng. Kim loại và hợp kim có dẫn nhiệt. Trên thực tế, đa số chúng được biết đến như chất dẫn nhiệt tuyệt vời. Điều này là do các electron có trong cấu trúc kim loại, hợp kim di chuyển tự do. Những điện tử này tạo điều kiện cho việc vận chuyển nhiệt từ đầu này sang đầu kia. Hầu hết các kim loại, hợp kim có mật độ electron gần bằng nhau. Vì vậy, yếu tố quyết định kim loại, hợp kim sẽ dẫn nhiệt tốt như thế nào là mật độ electron chứa trong vật liệu và chúng có thể di chuyển xung quanh.
Trong các kim loại nguyên chất như đồng, các electron vượt qua hàng trăm nguyên tử trước khi va chạm với một nguyên tử dẫn đến sự thay đổi hướng của nó. Trong khi ở dạng hợp kim, các electron chỉ đi qua một vài nguyên tử trước khi va vào một nguyên tử và đổi hướng của nó.
Nội dung chính
Tại sao kim loại dẫn nhiệt?
Cấu trúc của kim loại, hợp kim bao gồm các cation liên kết hoàn hảo (ion dương) và các electron được định vị.
Các electron được định vị có thể truyền năng lượng với tốc độ nhanh hơn. Các electron chuyển động tự do và dẫn nhiệt. Sự dẫn nhiệt diễn ra khi một kim loại được nung nóng.
Quá trình gia nhiệt dẫn đến các electron có trong cấu trúc kim loại thu năng lượng và dao động.
Các electron năng lượng này va chạm với các electron lân cận và truyền năng lượng cho chúng. Quá trình truyền năng lượng này tiếp tục cho đến khi nhiệt được truyền từ đầu nóng sang đầu lạnh.
Nhiệt truyền qua kim loại, hợp kim như thế nào?
Nhiệt có thể được truyền từ nơi này sang nơi khác thông qua ba phương pháp khác nhau: bức xạ, đối lưu và dẫn nhiệt. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai hệ thì nhiệt sẽ truyền từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.
Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt giữa các chất tiếp xúc trực tiếp với nhau. Nó đòi hỏi vật chất như một phương tiện. Dẫn nhiệt qua kim loại và hợp kim do xảy ra khi kim loại, hợp kim được nung nóng. Sự gia nhiệt cung cấp năng lượng bên ngoài cho kim loại, hợp kim và làm cho các electron di chuyển nhanh chóng và va chạm với các electron lân cận của chúng. Điều này dẫn đến sự truyền nhiệt qua kim loại và hợp kim. Chất dẫn điện càng tốt thì truyền nhiệt càng nhanh.
Tài liệu Thép không gỉ:
Yếu tố nào quyết định khả năng dẫn nhiệt của vật liệu?
Các yếu tố quyết định độ dẫn nhiệt của vật liệu như sau:
Điện tử tự do
Vật liệu ở trạng thái rắn có nhiều electron tự do hơn vật liệu ở trạng thái lỏng hoặc khí.
Kim loại có số lượng electron tự do cao nhất và cấu trúc mạng tinh thể được sắp xếp chặt chẽ.
Độ tinh khiết của vật liệu
Kim loại tinh khiết có tính dẫn nhiệt tốt hơn vật liệu hợp kim. Điều này là do hợp kim bổ sung các tạp chất trong cấu trúc kim loại làm giảm độ dẫn nhiệt của nó. Ví dụ, độ dẫn nhiệt của đồng nguyên chất là 385 W/mK. Trong khi của hợp kim đồng là 142 W/mK.
Ảnh hưởng của sự hình thành
Độ dẫn nhiệt của kim loại, hợp kim có thể bị ảnh hưởng xấu nếu nó trải qua quá trình rèn, uốn và kéo thành dây mỏng. Xử lý nhiệt cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng dẫn nhiệt của vật liệu.
Nhiệt độ cao
Ở chất rắn, ở nhiệt độ cực cao, dao động mạng tinh thể tăng, chuyển động của các electron tự do giảm. Do đó, tính dẫn nhiệt của kim loại, hợp kim bị cản trở khi nhiệt độ tăng lên rất nhiều.
Trong chất khí, ở nhiệt độ cao, hệ số dẫn nhiệt tăng. Điều này là do nhiệt dung riêng và vận tốc di chuyển trung bình của khí tăng ở nhiệt độ cao.
Trong chất lỏng, ở nhiệt độ cao, hệ số dẫn nhiệt giảm. Điều này là do độ dẫn nhiệt của chất lỏng tỷ lệ thuận với mật độ của nó. Mật độ của một chất lỏng giảm ở nhiệt độ cao. Do đó, độ dẫn nhiệt của nó cũng giảm.
Tỷ trọng
Độ dẫn nhiệt của vật liệu tỷ lệ thuận với mật độ của nó. Sự gia tăng mật độ sẽ gây ra sự gia tăng tính dẫn nhiệt của vật liệu.
Cấu trúc tinh thể
Các vật liệu có cấu trúc tinh thể thông thường có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn các vật liệu ở dạng vô định hình.
Yếu tố nào quyết định tốc độ dẫn nhiệt?
Tốc độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào bốn yếu tố:
Độ dốc nhiệt độ
Độ dốc nhiệt độ quyết định hướng và tốc độ thay đổi nhiệt độ trong một hệ thống. Nó là một đại lượng vật lý.
Khi chênh lệch nhiệt độ giữa hai hệ thống lớn hơn, quá trình dẫn nhiệt xảy ra với tốc độ nhanh hơn cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng nhiệt. Nhưng tốc độ dẫn nhiệt giảm khi chênh lệch nhiệt độ ít hơn.
Mặt cắt ngang của vật liệu
Kích thước của vật liệu cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc quyết định tốc độ dẫn nhiệt.
Kích thước lớn hơn, cần nhiều năng lượng nhiệt hơn và dẫn nhiệt mất nhiều thời gian hơn. Diện tích mặt cắt nhỏ hơn cho phép truyền nhiệt với tốc độ nhanh hơn nhiều.
Chiều dài đường
Độ dài đường dẫn là khoảng cách giữa hai điểm của một hệ thống.
Khoảng cách càng ngắn thì tốc độ dẫn nhiệt càng nhanh và lượng nhiệt thất thoát ít nhất.
Tính chất vật lý của vật liệu
Kim loại có đủ êlectron để thực hiện truyền nhiệt. Nhưng phi kim không có electron tự do. Do đó, chúng được gọi là chất dẫn nhiệt hoặc chất cách điện kém.
Top các kim loại – hợp kim dẫn nhiệt
Thép không gỉ
Là một trong những vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp nhất đối với hợp kim kim loại, thép không gỉ mất nhiều thời gian hơn để dẫn nhiệt ra khỏi nguồn so với đồng. Điều này có nghĩa là nồi làm bằng thép không gỉ sẽ mất nhiều thời gian hơn để hâm nóng thức ăn so với nồi đáy bằng đồng (mặc dù nồi không gỉ có những lợi ích tuyệt vời khác). Tua bin hơi và khí trong các nhà máy điện sử dụng thép không gỉ vì khả năng chịu nhiệt của nó, cùng với các đặc tính khác. Trong kiến trúc, lớp phủ bằng thép không gỉ có thể chống lại nhiệt độ cao hơn, giữ cho các tòa nhà mát hơn dưới ánh sáng mặt trời.
Kim cương
Kim cương là vật liệu dẫn nhiệt hàng đầu và có giá trị độ dẫn đo được cao hơn gấp 5 lần so với đồng. Nguyên tử kim cương được cấu tạo bởi một xương sống cacbon đơn giản, là một cấu trúc phân tử lý tưởng để truyền nhiệt hiệu quả. Thông thường, các vật liệu có thành phần hóa học và cấu trúc phân tử đơn giản nhất có giá trị dẫn nhiệt cao nhất.
Kim cương là một thành phần quan trọng của nhiều thiết bị điện tử cầm tay hiện đại. Vai trò của chúng trong thiết bị điện tử là tạo điều kiện phân tán nhiệt và bảo vệ các bộ phận máy tính nhạy cảm. Tính dẫn nhiệt cao của kim cương cũng tỏ ra hữu ích khi xác định tính xác thực của đá trong đồ trang sức. Việc kết hợp một lượng nhỏ kim cương vào các công cụ và công nghệ có thể có tác động mạnh mẽ đến các đặc tính dẫn nhiệt.
Bạc
Bạc là một chất dẫn nhiệt tương đối rẻ và phong phú. Bạc là một thành phần của nhiều thiết bị và là một trong những kim loại linh hoạt nhất do tính dễ uốn của nó. Một sản phẩm sinh học bằng bạc, bạc dán, ngày càng có nhu cầu cao do được sử dụng cho các giải pháp thay thế năng lượng thân thiện với môi trường. Bạc dán được sử dụng trong sản xuất tế bào quang điện là thành phần chính của tấm pin năng lượng mặt trời.
Đồng
Đồng là kim loại được sử dụng phổ biến nhất để sản xuất các thiết bị dẫn điện. Đồng có nhiệt độ nóng chảy cao và tốc độ ăn mòn vừa phải. Nó cũng là một kim loại rất hiệu quả để giảm thiểu thất thoát năng lượng trong quá trình truyền nhiệt. Chảo kim loại, ống nước nóng và bộ tản nhiệt xe hơi đều là những thiết bị sử dụng đặc tính dẫn điện của đồng.
Xem thêm:
Vàng
Vàng là một kim loại hiếm và đắt tiền được sử dụng cho các ứng dụng dẫn điện cụ thể. Không giống như bạc và đồng, vàng hiếm khi bị xỉn màu và có thể chịu được các điều kiện nhiệt độ, bị ăn mòn với lượng lớn.
Xem thêm:
Nitrua nhôm
Nhôm nitrua thường được sử dụng thay thế cho oxit beri. Không giống như ôxít berili, nhôm nitrua không gây nguy hiểm cho sức khỏe khi sản xuất nhưng vẫn thể hiện các đặc tính hóa học và vật lý tương tự như oxit berili. Nhôm nitrua là một trong số ít hợp kim được biết đến có khả năng cách điện cùng với độ dẫn nhiệt cao. Nó có khả năng chống sốc nhiệt đặc biệt và hoạt động như một chất cách điện trong các chip cơ học.
Cacbua silic
Cacbua silic là một chất bán dẫn được cấu tạo bởi một hỗn hợp cân bằng của các nguyên tử silic và cacbon. Khi được sản xuất và hợp nhất với nhau, silicon và carbon liên kết để tạo thành một vật liệu cực kỳ cứng và bền. Hỗn hợp này thường được sử dụng làm thành phần cho phanh ô tô, máy tuabin và trong hỗn hợp thép.
Nhôm
Nhôm thường được sử dụng như một sự thay thế hiệu quả về chi phí cho đồng. Mặc dù không dẫn điện như đồng, nhôm rất dồi dào và dễ chế tác do nhiệt độ nóng chảy thấp. Nhôm là một thành phần quan trọng của đèn LED (điốt phát quang). Hỗn hợp nhôm đồng đang trở nên phổ biến vì chúng có thể khai thác các đặc tính của cả đồng và nhôm và có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn.
Xem thêm:
Vonfram
Vonfram có nhiệt độ nóng chảy cao và áp suất hơi thấp nên nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các thiết bị tiếp xúc với mức điện năng cao. Tính trơ hóa học của vonfram cho phép nó được sử dụng trong các điện cực là một bộ phận của kính hiển vi điện tử mà không làm thay đổi dòng điện. Nó cũng thường được sử dụng trong bóng đèn và là một thành phần của ống tia âm cực.
Than chì
Than chì là một chất thay thế dồi dào, chi phí thấp và nhẹ so với các dạng thù hình carbon khác. Nó thường được sử dụng như một chất bổ sung cho hỗn hợp polyme để tăng cường tính chất dẫn nhiệt của chúng. Pin là một ví dụ quen thuộc của một thiết bị khai thác khả năng dẫn nhiệt cao của than chì.
Kẽm
Kẽm là một trong số ít kim loại có thể dễ dàng kết hợp với các kim loại khác để tạo ra hợp kim kim loại (hỗn hợp của hai hoặc nhiều kim loại). 20% đồ gia dụng bằng kẽm được làm bằng hợp kim kẽm. Mạ kẽm sử dụng 40% kẽm nguyên chất được sản xuất. Mạ kẽm là quá trình phủ một lớp kẽm lên thép hoặc sắt được thiết kế để bảo vệ kim loại chống lại thời tiết và rỉ sét.
Xem thêm:
Cảm ơn bạn theo dõi bài viết: “Kim loại, hợp kim có dẫn nhiệt không ? Yếu tố nào quyết định tốc độ dẫn nhiệt?” của Đại Dương. Mọi thắc mắc vui lòng để lại phần bình luận bên dưới hoặc nhắn tin trực tiếp về Fanpage Inox Đại Dương để được hỗ trợ nhé !
Gọi ngay số hotline: 1800 69668 để được tư vấn mua hàng thép không gỉ miễn phí nhé !