رسانایی حرارتی اصطلاحی است که توصیف می کند، یک ماده با چه سرعتی گرما را از مناطق با دمای بالا جذب کند و آن را به سمت مناطق با دمای پایین تر حرکت دهد. بهترین فلزات رسانای گرما، رسانای حرارتی بالایی دارند و برای بسیاری از کاربردها مانند ظروف پخت و پز، مبدل های حرارتی و سینک های حرارتی مفید هستند.
از سوی دیگر، فلزات با نرخ انتقال حرارت پایین تر نیز در مواردی مفید هستند که بتوانند به عنوان یک سپر حرارتی در کاربردهایی که مقادیر زیادی گرما تولید می کند، مانند موتورهای هواپیما، عمل نمایند. در این مطلب به بررسی این موضوع که بهترین فلزات برای انتقال حرارت کدام هستند، می پردازیم.
رسانایی گرمایی فلزات به ترتیب
در اینجا رتبه بندی فلزات رسانای گرما و آلیاژهای فلزی، از کمترین تا بالاترین میانگین هدایت حرارتی، بر حسب وات/متر-K در دمای اتاق آمده است.
- فولاد ضد زنگ (16)
- سرب (35)
- فولاد کربن (51)
- آهن فرفوژه (59)
- آهن (73)
- آلومینیوم برنز (76)
- برنج مس (111)
- آلومینیوم (237)
- مس (385)
- نقره (429)
عوامل مؤثر بر رسانایی حرارتی فلزات
هنگام در نظر گرفتن بهترین فلزات برای هدایت گرما، باید علاوه بر هدایت حرارتی، عوامل دیگری را نیز در نظر بگیرید که بر سرعت جریان گرما تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، دمای اولیه فلز می تواند تفاوت زیادی در سرعت انتقال حرارت آن ایجاد کند. در دمای اتاق، آهن رسانایی حرارتی 73 دارد. اما در 1832 درجه فارنهایت، رسانایی آن به 35 کاهش می یابد. پس عواملی که بر رسانایی فلزات تاثیر می گذارند عبارتند از:
- ساختمان شبکه کریستالی
- خلوص
- درجه حرارت
- فشار
- کار سرد
- آلیاژسازی
رسانایی حرارتی فلزات با ساختار شبکه کریستالی آنها ارتباط مستقیم دارد. در یک شبکه کریستالی، الکترون ها آزادانه حرکت می کنند و گرما را از مناطق با دمای بالاتر به مناطق با دمای پایین تر منتقل می کنند. فلزاتی که دارای شبکه کریستالی منظم تری هستند، رسانایی حرارتی بالاتری دارند.
همچنین ناخالصی ها می توانند رسانایی حرارتی فلزات را کاهش دهند؛ فلزات خالص تر رسانایی حرارتی بالاتری دارند. با افزایش دما نیز، رسانایی حرارتی فلزات نیز افزایش می یابد. این به این دلیل است که با افزایش دما، الکترون ها انرژی بیشتری دارند و می توانند آزادانه تر حرکت کنند. فشار با رسانایی حرارتی رابطه عکس دارد. هر چه فشار افزایش یابد، رسانایی فلزات کمتر می شود.
