Conductividad térmica de metales y su aplicación

Los metales son sustancias que tienenestructura cristalina Cuando se calientan, se pueden derretir, es decir, entrar en un estado fluido. Algunos de ellos tienen un punto de fusión bajo: pueden derretirse colocándolos en una cuchara normal y sosteniendo velas sobre la llama. Es plomo y estaño. Otros pueden derretirse solo en hornos especiales. El cobre y el hierro tienen un alto punto de fusión. Para reducirlo, se agregan aditivos al metal. Las aleaciones resultantes (acero, bronce, hierro fundido, latón) tienen un punto de fusión más bajo que el metal original.

¿De qué depende el punto de fusión de los metales? Todos ellos tienen ciertas características: capacidad de calor y conductividad térmica de los metales. La capacidad de calor se refiere a la capacidad de absorber calor cuando se calienta. Su índice numérico es el calor específico. Significa la cantidad de energía que puede absorber una unidad de masa de metal, calentada en 1 ° C. De este indicador depende el consumo de combustible para calentar la preforma de metal a la temperatura deseada. La capacidad calorífica de la mayoría de los metales está en el rango 300-400 J / (kg * K), aleaciones de metal - 100-2000 J / (kg * K).

La conductividad térmica de los metales es la transferencia de calorde las partículas más calientes a las más frías según la ley de Fourier por su inmovilidad macroscópica. Depende de la estructura del material, su composición química y el tipo de enlace interatómico. En los metales, el calor es transferido por electrones, en otros materiales sólidos por fonones. La conductividad térmica de los metales es más alta, más perfecta es la estructura cristalina que tienen. Cuanto más metal tenga impurezas, más distorsionada será la red cristalina, y menor será la conductividad térmica. El dopaje introduce tales distorsiones en la estructura de los metales y reduce la conductividad térmica en relación con el metal base.

Todos los metales tienen buena conductividad térmica, peroalgunos más altos que otros. Un ejemplo de tales metales es oro, cobre, plata. La conductividad térmica más baja se encuentra en estaño, aluminio y hierro. El aumento de la conductividad térmica de los metales es una virtud o una desventaja, según el alcance de su uso. Por ejemplo, es necesario para platos de metal para un calentamiento rápido de los alimentos. Al mismo tiempo, el uso de metales con alta conductividad térmica para hacer las manijas de los platos hace que sea difícil de usar: las perillas se calientan demasiado rápido y no se pueden tocar. Por lo tanto, los materiales aislantes de calor se utilizan aquí.

Otra característica del metal que afecta supropiedades - expansión térmica. Parece un aumento en el volumen del metal cuando se calienta y disminuye con el enfriamiento. Este fenómeno debe tenerse en cuenta al fabricar productos metálicos. Por ejemplo, las tapas de las ollas se hacen por encima, las marmitas también tienen un espacio entre la tapa y la carcasa para que la tapa no se atasque cuando se calienta.

Para cada metal, el coeficienteexpansión térmica Se determina calentando a 1 ° C de un prototipo que tiene una longitud de 1 m. El plomo, el zinc y el estaño tienen el mayor coeficiente. Es más pequeño con cobre y plata. Incluso más bajo: hierro y oro.

Por propiedades químicas, los metales se dividen envarios grupos Hay metales activos (por ejemplo, potasio o sodio) capaces de reaccionar instantáneamente con aire o agua. Los seis metales más activos que componen el primer grupo de la tabla periódica se llaman alcalinos. Tienen un punto de fusión pequeño y son tan suaves que se pueden cortar con un cuchillo. Conectándose con agua, forman soluciones alcalinas, de ahí su nombre.

El segundo grupo consiste en metales alcalinotérreos - calcio, magnesio, etc. Son parte de muchos minerales, más sólidos y refractarios. Los ejemplos de metales de los grupos siguiente, tercero y cuarto pueden ser de plomo y aluminio. Estos son metales bastante blandos y a menudo se usan en aleaciones. Los metales de transición (hierro, cromo, níquel, cobre, oro, plata) son menos activos, más forjados y se usan a menudo en la industria en forma de aleaciones.

La posición de cada metal en la serie de actividadescaracteriza su habilidad para reaccionar. Cuanto más activo es el metal, más fácil le toma oxígeno. Son muy difíciles de aislar de los compuestos, mientras que los tipos de metales poco activos se pueden encontrar en forma pura. Los más activos de ellos, el potasio y el sodio, se almacenan en queroseno, por fuera se oxidan inmediatamente. De los metales usados ​​en la industria, el cobre es el menos activo. Fabrica tanques y tuberías para agua caliente, así como cables eléctricos.