Արդյո՞ք արծաթը ջերմություն է հաղորդում?

1. Գործադիր ամփոփագիր

Այո, արծաթը հիանալի ջերմահաղորդիչ է. Առևտրային ինժեներական մետաղների շարքում այն ​​ունի ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը սենյակային ջերմաստիճանում, ինչը բացառիկ է դարձնում այն ​​փոքր մասշտաբներով արագ ջերմափոխադրման համար.

Այդ առավելությունը գործնականում չափավորվում է ծախսերով, մեխանիկական/քիմիական նկատառումներ և այն փաստը, որ համաձուլվածքի փոքր քանակությունը, կեղտերը, կամ միկրոկառուցվածքային թերությունները զգալիորեն նվազեցնում են ջերմային արդյունավետությունը.

Հասկանալով, թե ինչու է արծաթն այդքան լավ փոխանցում ջերմությունը և ինչպես չափել, չափել, և այդ հատկությամբ դիզայնը պահանջում է էլեկտրոնների գերակշռող ջերմափոխանակության ուսումնասիրություն, էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակության հարաբերությունները, և իրական աշխարհի սահմանափակումները.

2. Ջերմահաղորդման գիտություն. ինչու է արծաթը բացառիկ ջերմահաղորդիչ

Արծաթի ջերմություն փոխանցելու գերազանց կարողությունը հասկանալու համար անհրաժեշտ է ուսումնասիրել պինդ մարմիններում ջերմային էներգիայի միկրոսկոպիկ կրիչները և ինչպես է արծաթի ատոմային և էլեկտրոնային կառուցվածքը նպաստում դրանց փոխադրմանը:.

Մետաղներում ջերմությունը տեղափոխվում է հիմնականում շարժական էլեկտրոնների միջոցով, վանդակավոր թրթիռներով (ֆոնոններ) խաղալով երկրորդական դեր.

Արծաթի էլեկտրոնային կառուցվածքը, բյուրեղային փաթեթավորումը և ցածր ներքին ցրումը համատեղում են էլեկտրոնային ջերմափոխադրումը չափազանց արդյունավետ դարձնելու համար, արտադրելով ցանկացած տարրի ամենաբարձր զանգվածային ջերմային հաղորդակցություն.

Ատոմային և էլեկտրոնային կառուցվածք, որը հնարավորություն է տալիս տրանսպորտին

Արծաթ (Ագ, Z = 47) ունի վալենտային կոնֆիգուրացիա [Քր]4d¹05s¹. Մեկ ատոմի մեկ 5s էլեկտրոնը միայն թույլ է կապված և հեշտությամբ նպաստում է հաղորդունակ էլեկտրոնների ծովին, որը թափանցում է մետաղը:.

Երկու կառուցվածքային առանձնահատկությունները կենտրոնական են:

• Ազատ էլեկտրոնի բարձր հասանելիություն. Յուրաքանչյուր Ag ատոմ նպաստում է հաղորդման էլեկտրոններին, ուստի էլեկտրոնների թվի խտությունը մեծ է (1028 էլեկտրոններ·m-3 կարգ).
  Բջջային կրիչների բարձր խտությունը ապահովում է մեծ հզորություն էլեկտրոնային էներգիայի փոխադրման համար.
• Փակ փաթեթավորված բյուրեղյա վանդակ. Արծաթը բյուրեղանում է դեմքի կենտրոնացված խորանարդի մեջ (FCC) վանդակ.
  Բարձր համաչափությունը և խիտ փաթեթավորումը նվազեցնում են ստատիկ ցանցի խանգարումը և ապահովում երկարություն, Էլեկտրոնների շարժման համեմատաբար անխոչընդոտ ուղիներ.
  Այս գործոնները միասին նվազագույնի են հասցնում էլեկտրոնի ցրումը ցանցից և թույլ են տալիս երկար էլեկտրոնի միջին ազատ ուղիներ շրջակա միջավայրի պայմաններում:.

Արծաթի մեջ ջերմության փոխանցման գերիշխող մեխանիզմները

Մետաղներում ջերմային հաղորդակցությունն ընթանում է երկու մեխանիզմով: էլեկտրոններ և ֆոնոններ.

Արծաթի մեջ ներդրումը ճնշող մեծամասնությամբ էլեկտրոնային է.

• Էլեկտրոնային հաղորդունակություն (գերիշխող). Ջերմային գրգռումը մեծացնում է հաղորդիչ էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան; այս էներգետիկ էլեկտրոնները էներգիան արագ տեղափոխում են ցանցի միջով՝ շարժվելով և ցրվելով, էներգիայի փոխանցում այլ էլեկտրոններին և ցանցին.
  Քանի որ արծաթն ունի և՛ բարձր էլեկտրոնային խտություն, և՛ համեմատաբար ցածր էլեկտրոնների ցրման արագություն (բարձր որակով, ցածր կեղտոտ նյութ), Էլեկտրոնային ջերմային տրանսպորտը կազմում է ջերմային հաղորդունակության մեծ մասը, որը սովորաբար կազմում է 80–95% լավ հաղորդիչներում:.
• Ֆոնոնային հաղորդակցություն (երկրորդական). Ֆոնոններ (վանդակավոր թրթռման քվանտա) նաև ջերմության տեղափոխում, բայց առատ ազատ էլեկտրոններով մետաղի մեջ նրանց ներդրումը համեստ է.
  FCC արծաթի վանդակը աջակցում է ֆոնոնի տարածմանը համեմատաբար ցածր ցրմամբ, Այսպիսով, ֆոնոնները չափելի, բայց ավելի փոքր մասնաբաժին են ավելացնում ընդհանուր ջերմային հաղորդունակության մեջ.

Այս երկու ներդրումները զուգակցված են: գործոններ, որոնք մեծացնում են էլեկտրոնների ցրումը (կեղտերը, թերություններ, հացահատիկի սահմանները, տեղահանումներ) նվազեցնել էլեկտրոնային ջերմափոխադրումը և, հետևաբար, ընդհանուր ջերմային հաղորդունակությունը;

նմանապես, Ֆոնոնների ցրումը ազդում է ջերմային վարքի վրա ցածր ջերմաստիճաններում և խիստ թերի կամ համաձուլված նյութերում.

Քանակական կատարում և համեմատական ​​համատեքստ

Ջերմային հաղորդունակությունը kkk-ն չափում է նյութի ջերմությունը փոխանցելու ունակությունը (միավոր W·m-1·K-1).

Սենյակային ջերմաստիճանում (≈298 Կ) բարձր մաքրության հիմնական արծաթը ցուցադրում է մոտավորապես ջերմային հաղորդունակություն 429 W·m⁻1·K-1, ամենաբարձր արժեքը սովորական ինժեներական մետաղների մեջ.

Հեռանկարի համար:

• Պղնձ: ≈ 401 W·m⁻1·K-1
• Ոսկի: ≈ 318 W·m⁻1·K-1
• Ալյումին: ≈ 237 W·m⁻1·K-1

3. Արծաթի ջերմահաղորդականության վրա ազդող գործոններ

Չնայած տարրական արծաթն ունի սովորական մետաղների ամենամեծ ջերմային հաղորդունակությունը, դրա գործնական կատարումը մեծապես կախված է նյութական վիճակից և սպասարկման պայմաններից.

Մաքրություն - ինչպես են կեղտերը քայքայում տրանսպորտը

Արծաթի ջերմային հաղորդունակությունը ճնշող մեծամասնությամբ էլեկտրոնային է: հաղորդման էլեկտրոնները կրում են ջերմության մեծ մասը.

Ցանկացած օտար ատոմ կամ լուծարված կեղտ խաթարում է դեմքի կենտրոնացված խորանարդ ցանցի պարբերական ներուժը և մեծացնում էլեկտրոնների ցրումը. Երկու առաջնային հետևանքներն են:

• Կրճատված էլեկտրոնը նշանակում է ազատ ուղի. Անմաքրության ատոմները գործում են որպես ցրման կենտրոններ; նույնիսկ ppm մակարդակի հավելումները կարող են կրճատել էլեկտրոնի անցած տարածությունը ցրման իրադարձությունների միջև, ջերմային հաղորդունակության իջեցում.
• Ցանցերի աղավաղում և արատների արտադրություն. Փոխարինիչ կամ ինտերստիցիալ կեղտը ներմուծում է տեղային լարվածություն (թափուր աշխատատեղեր, տեղահանումներ) որոնք նաև մեծացնում են ֆոնոնների և էլեկտրոնների ցրումը.

Գործնական ազդեցություն: բարձր մաքրության «նուրբ» արծաթ (≥99,99%) մոտենում է նյութի ներքին հաղորդունակությանը (~429 W·m-1·K-1 ժամը 25 ° C).

Առևտրային համաձուլվածքները նվազեցնում են այդ ցուցանիշը, օրինակ, հարգի արծաթ (~ 92,5 % Ագ, 7.5 % Մգոհել) ունի չափված ջերմային հաղորդունակություն ~360–370 W·m-1·K-1 կարգի, մոտավորապես 15–20% անկում՝ մաքուր Ag, պղնձի պարունակության և դրա հետ կապված ցրման պատճառով.

Ջերմաստիճանի կախվածություն

Արծաթի ջերմային հաղորդունակությունը կանխատեսելիորեն տարբերվում է ջերմաստիճանից, քանի որ ցրման մեխանիզմները փոխվում են ջերմային էներգիայի հետ:

• Կրիոգեն ռեժիմ (մոտ 0 Ք): Ցրումը նվազագույն է, իսկ էլեկտրոնների միջին ազատ ուղիները կտրուկ երկարանում են;
  մաքուր արծաթի ջերմային հաղորդունակությունը կտրուկ բարձրանում է ցածր ջերմաստիճաններում (սենյակային ջերմաստիճանի արժեքներից բարձր մեծության կարգեր շատ մաքուր համար, լավ հալված նմուշներ).
• Սենյակի ջերմաստիճան (~ 300 Կ): Էլեկտրոն-ֆոնոնային ցրումը գերիշխող սահմանափակող մեխանիզմն է, և զանգվածային ջերմային հաղորդունակությունը մոտ է ≈429 W·m-1·K-1 ընդհանուր արժեքին բարձր մաքրության արծաթի համար:.
• Բարձրացված ջերմաստիճաններ: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, ֆոնոնային ամպլիտուդները մեծանում են և էլեկտրոն-ֆոնոնային ցրումը ուժեղանում է, ուստի ջերմային հաղորդունակությունը ընկնում է.
  Շատ բարձր ջերմաստիճանների դեպքում անկումը զգալի է; ճշգրիտ կորը կախված է մաքրությունից և միկրոկառուցվածքից, բայց դիզայներները պետք է ակնկալեն էականորեն ավելի ցածր kkk մի քանի հարյուր աստիճան Ցելսիուսի դեպքում, քան շրջակա միջավայրի պայմաններում.

Ջերմաստիճանից կախվածությունը հասկանալը կարևոր է, երբ արծաթը նշված է կրիոգեն ջերմության մեջ (որտեղ կատարումը բացառիկ է) կամ բարձր ջերմաստիճանի ծրագրեր (որտեղ այլ մետաղների նկատմամբ հարաբերական առավելությունը նեղանում է).

Մեխանիկական մշակման և միկրոկառուցվածքի էֆեկտներ

Սառը աշխատանք, դեֆորմացիա, և արդյունքում առաջացող միկրոկառուցվածքային վիճակը փոփոխում է ջերմային հաղորդունակությունը թերության խտության ավելացման միջոցով:

• Սառը աշխատանք (շարժակազմ, նկարչություն): Առաջացնում է տեղահանումներ, ենթահատիկի կառուցվածքը և երկարավուն հատիկները;
  այս թերությունները լրացուցիչ ցրման վայրեր են և սովորաբար նվազեցնում են ջերմային հաղորդունակությունը չափելի տոկոսով (սովորաբար մի քանի տոկոսից մինչև մի քանի տոկոս՝ հարած նյութի համեմատ, կախված դեֆորմացիայի մակարդակից).
• Հացահատիկի չափը և հատիկի սահմանները: Հացահատիկի փոքր չափերը մեծացնում են հացահատիկի սահմանային տարածքը; հացահատիկի սահմանները խոչընդոտում են էլեկտրոնի հոսքը և բարձրացնում ջերմային դիմադրությունը.
  Կոպիտ, Հավասարակշռված հատիկները, որոնք արտադրվում են վերաբյուրեղացման և եռացման արդյունքում, նվազեցնում են սահմանների ցրումը և վերականգնում հաղորդունակությունը.
• Եռացում և վերաբյուրեղացում: Բարձր ջերմաստիճանի անալիզները վերացնում են սառը աշխատանքի թերությունները և աճեցնում հացահատիկներ, գրեթե ներքին ջերմային տրանսպորտի վերականգնում, եթե կեղտից զգալի տարանջատում տեղի չի ունենում.

Գործնականում, Արտադրական հաջորդականությունները, որոնք ներառում են ծանր սառը աշխատանք, պահանջում են վերահսկվող հալումներ, եթե ջերմային կատարումը կարևոր է.
Միկրոկառուցվածքային ստուգում (հացահատիկի չափը, տեղահանման խտությունը) հետևաբար, ջերմային կիրառությունների որակի վերահսկման մի մասն է.

Լեգիրում - փոխզիջում ջերմային տրանսպորտի և այլ հատկությունների միջև

Արծաթի համաձուլումը մեխանիկական ամրությունը բարելավելու ընդհանուր արդյունաբերական ռազմավարություն է, կարծրություն, մաշվածության դիմադրություն կամ կոռոզիոն վարքագիծ, բայց փոխզիջումը ցածր ջերմային հաղորդունակությունն է:

• Նոսրացված համաձուլվածք: Տարրերի փոքր հավելումներ, ինչպիսիք են Cu, Pd-ն կամ Zn-ը նվազեցնում են kkk-ն, քանի որ յուրաքանչյուր լուծված ատոմ ցրում է հաղորդունակ էլեկտրոնները.
  Կրճատումը մոտավորապես համաչափ է լուծված նյութի կոնցենտրացիային ցածր մակարդակներում և կարող է ավելի մեծ լինել, եթե լուծված նյութը ձևավորում է երկրորդ փուլի մասնիկներ.
• Ընդհանուր օրինակներ: Սթերլինգ արծաթ (Ag–7,5% Cu) և շատ զոդման կամ զոդման համաձուլվածքներ ցույց են տալիս զգալիորեն ավելի ցածր հաղորդունակություն, քան մաքուր Ag;
  մասնագիտացված Ag–Pd էլեկտրական համաձուլվածքները, որոնք օգտագործվում են կոնտակտների համար, նույնպես զոհաբերում են ջերմային հաղորդունակությունը կարծրության և շփման կայունության համար.
• Նպատակային փոխզիջումներ: Ինժեներները ընտրում են համաձուլվածքներ, երբ մեխանիկական ամրությունը, մաշվածության դիմադրությունը կամ ծախսերի սահմանափակումները գերազանցում են բացարձակ ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակության պահանջը.

4. Արծաթ ընդդեմ. այլ նյութեր - ջերմային հաղորդունակության համեմատական ​​վերլուծություն

Արծաթը որպես ջերմահաղորդիչի արժանիքները գնահատելու համար օգտակար է այն քանակապես և համատեքստային համեմատել այլ մետաղների հետ։, Ալյումինե, կոմպոզիտներ և ոչ մետաղներ.

Ջերմային հաղորդունակություն kkk (W·m⁻1·K-1) պայմանական մետրիկ է, բայց գործնական ընտրությունը նույնպես կախված է խտությունից, ջերմային հզորություն (ջերմային դիֆուզիոն միջոցով), Մեխանիկական հատկություններ, արժեքը և արտադրելիությունը.

Ստորև բերված աղյուսակը ներկայացնում է սենյակային ջերմաստիճանի հաղորդունակությունը սովորաբար դիտարկվող նյութերի համար; հետևելով աղյուսակին՝ ես ամփոփում եմ գործնական հետևանքները.

Նշում

Արծաթը տարրական մետաղների մեջ առանձնանում է որպես ջերմության միակ լավագույն հաղորդիչ, բայց իրական աշխարհի ճարտարագիտությունը հազվադեպ է նյութեր ընտրում միայն kkk-ի վրա.

Պղինձը գերակշռող ընտրությունն է գնի դեպքում, ուժն ու հասանելիությունը հաշվի են առնվում; Ալյումինն ընտրված է թեթև համակարգերի համար; համաձուլվածքները և կոմպոզիտները օգտագործվում են, երբ անհրաժեշտ է կոռոզիոն դիմադրություն կամ ձևավորում.

Գրաֆենը և այլ նոր նյութերը խոստանում են գերազանց ներքին հաղորդունակություն, բայց ինտեգրումը և ծախսերի խոչընդոտները նշանակում են, որ արծաթը և դրա գործնական փոխարինողները (հիմնականում պղինձ) մնում են ջերմային կառավարման աշխատուժը շատ ծրագրերում.

5. Չափման մեթոդներ և տիպիկ փորձարարական արդյունքներ

Ընդհանուր փորձարարական մոտեցումներ:

• Լազերային ֆլեշ (անցողիկ) մեթոդ: Չափում է ջերմային դիֆուզիոն; զուգակցված ρρρ-ի և cpc_pcp-ի հետ՝ տալով kkk. Ստանդարտ մետաղների և կերամիկայի համար.
• Կայուն վիճակում պահպանվող տաք ափսե / ճառագայթային ջերմային հոսք: Ուղղակի kkk չափում զանգվածային նմուշների համար.
• 3-օմեգա մեթոդ: Հատկապես օգտակար է բարակ թաղանթների և փոքր նմուշների համար.
• Չորս կետանոց զոնդ + Վիդեման-Ֆրանց: Ճշգրիտ չափեք էլեկտրական դիմադրողականությունը և գնահատեք kkk-ն՝ օգտագործելով WF օրենքը (օգտակար է համեմատական ​​կամ երբ ջերմային փորձարկումը դժվար է).

Տիպիկ փորձարարական իրականություն: սորուն, ջղաձգական, բարձր մաքրության արծաթը սենյակային ջերմաստիճանում տալիս է չափված kkk ≈ 420–430 W·m-1·K-1.

Ավելի ցածր մաքրության կամ համաձուլվածքի ձևերը զգալիորեն ավելի քիչ են չափվում (հաճախ տասնյակ տոկոսով ցածր).

6. Արծաթի ջերմային հաղորդունակության գործնական կիրառություններ

Արծաթի շատ բարձր ջերմային հաղորդունակության համադրություն, լավ էլեկտրական հաղորդունակությունը և բարենպաստ ֆիզիկական հատկությունները այն օգտակար են դարձնում խորշում, էլեկտրոնիկայում ջերմության կառավարման բարձր արդյունավետության դերեր, օդատիենտ, բժշկական, արդյունաբերական և վերականգնվող էներգետիկայի ոլորտները.

Էլեկտրոնիկա և կիսահաղորդիչներ

Էլեկտրոնիկա արտադրում է կենտրոնացված ջերմություն, որը պետք է հուսալիորեն հեռացվի՝ աշխատանքի արդյունավետությունն ու ժամկետը պահպանելու համար.

Արծաթն օգտագործվում է բացառիկ ջերմային փոխանցման դեպքում, ցածր շփման դիմադրություն կամ երկուսն էլ անհրաժեշտ են:

• Ջերմային միջերեսային միացություններ և մածուկներ: Արծաթով լցված TIM-ները շատ ավելի բարձր ջերմային հաղորդակցություն են հաղորդում, քան միայն պոլիմերային մածուկները (բնորոշ լցված TIM-ները տատանվում են մի քանի տասնյակից մինչև ~100 W·m-1·K-1), չիպերի և ջերմատաքացուցիչների միջև ջերմության հոսքի բարելավում.
• Հաղորդող թանաքներ և ծածկույթներ: Արծաթի վրա հիմնված թանաքները և մետաղացման շերտերն ապահովում են միաժամանակյա էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակություն շղթայի ենթաշերտերի վրա տեղայնացված ջերմության տարածման համար.
• LED փաթեթներ և բարձր հզորության սարքեր: Արծաթ կամ արծաթապատ տարրեր օգտագործվում են կիսահաղորդչային հանգույցներից ջերմությունը հեռացնելու համար, նվազեցնելով թեժ կետի ձևավորումը և երկարացնել սարքի կյանքը.

Օդատիեզերք և ավիացիա

Քաշ, հուսալիությունը և օդատիեզերական էքստրեմալ միջավայրերը արդարացնում են բարձրակարգ նյութերը, երբ ջերմային կատարումը կարևոր է:

• Ջերմային հսկողության սարքավորում: Ռադիատորներում հայտնվում են արծաթե ծածկույթներ և բաղադրիչներ, ջերմափոխանակիչներ և ջերմային ժապավեններ, որտեղ պահանջվում է արդյունավետ ջերմափոխադրում և կայուն ջերմային ուղիներ.
• Բարձր ջերմաստիճանի հովացման սխեմաներ: Մասնագիտացված հովացման կամ կառավարման համակարգերում, արծաթի հաղորդունակությունը օգնում է ջերմության արագ հեռացմանը կարևոր բաղադրիչներից, ջերմային սահմանների բարելավում.
• Կրիոգեն համակարգեր: Ցածր ջերմաստիճանի դեպքում արծաթի հաղորդունակությունը և էլեկտրոնների գերակշռող փոխադրումը այն դարձնում են հիանալի ջերմամեկուսիչ նյութ՝ կրիոգեն գործիքների և դետեկտորների համար։.

Բժշկական սարքեր

Արծաթի ջերմային հաղորդունակությունը լրացնում է այլ հատկություններ (կենսահամատեղելիություն, հակամանրէային ակտիվություն) որոշակի բժշկական կիրառություններում:

• Ջերմային աբլյացիա և էլեկտրավիրաբուժական գործիքներ: Արծաթե էլեկտրոդները և հաղորդիչները ապահովում են հուսալիություն, տեղայնացված ջերմության մատակարարում վերահսկվող ջերմային դիֆուզիոնով.
• Պատկերային և ախտորոշիչ սարքավորումներ: Արծաթի բաղադրիչներն օգնում են դետեկտորներից ջերմությունը հեռացնելուն, ուժային էլեկտրոնիկա և ՌԴ ենթահամակարգեր՝ կայունությունը պահպանելու և ջերմային աղմուկը նվազեցնելու համար.
• Սանիտարական կցամասեր և սարքեր: Այն իրավիճակներում, երբ ջերմային կառավարման և հիգիենիկ մակերեսները համընկնում են, Արծաթի համաձուլվածքները կամ ծածկույթները կարող են շահավետ լինել, երբ համակցվում են համապատասխան հարդարման և մաքրության հսկողության հետ.

Արդյունաբերական գործընթացներ և արտադրություն

Արդյունաբերական պայմաններում արծաթը ընտրովի է օգտագործվում, որտեղ ջերմությունը պետք է արագ փոխանցվի, կամ երբ դրա համակցված էլեկտրական/ջերմային հատկությունները հնարավորություն են տալիս գործընթացի առավելություններին:

• Ջերմափոխանակիչներ և ծածկված մակերեսներ: Արծաթապատումը կամ երեսպատումը կիրառվում է տեղական ջերմային հաղորդակցությունը բարելավելու և քիմիական մշակման ժամանակ թեժ կետերը նվազեցնելու համար, լաբորատոր սարքավորումներ և ճշգրիտ ջերմային գործիքներ.
• Գործիքավորում և կոնտակտների մշակում: Արծաթը օգտագործվում է ջերմային շփումների համար, մեռնում կամ էլեկտրոդներ գործընթացներում, որոնք պահանջում են ջերմաստիճանի միասնական բաշխում և արագ ջերմային արձագանք.
• Մասնագիտացված խոհանոցային և լաբորատոր սպասք: Այնտեղ, որտեղ պահանջվում է ջեռուցման վերջնական համաչափություն, Արծաթով կամ արծաթապատ իրերը օգտագործվում են չնայած ծախսերի և մեխանիկական փոխզիջումների.

Վերականգնվող էներգիայի համակարգեր

Ջերմային հսկողությունը ազդում է վերականգնվող շատ տեխնոլոգիաների արդյունավետության և կյանքի վրա; Արծաթն օգտագործվում է այնտեղ, որտեղ նրա հատկությունները տալիս են չափելի համակարգային առավելություններ:

• Ֆոտոգալվանային: Արծաթը շատ արևային բջիջների համար մետաղականացման հիմնական նյութ է; էլեկտրական հաղորդակցությունից դուրս, Արծաթի հետքերը և շփումները օգնում են ջերմությունը տարածել բարձր հոսքի շրջաններից, թեթևացնելով տեղական գերտաքացումը.
• Էլեկտրական էլեկտրոնիկա և գեներատորներ: Գեներատորներում կիրառվում են արծաթապատ կոնտակտներ և հաղորդիչներ, ինվերտորներ և ուժային կոնդիցիոներներ՝ բարձր ծանրաբեռնվածության պայմաններում ինչպես էլեկտրական հաղորդունակությունը, այնպես էլ ջերմության տարածումը բարելավելու համար.

7. Առասպելներ և սխալ պատկերացումներ արծաթի ջերմային հաղորդունակության մասին

Սիլվերի՝ որպես ակնառու ջերմային հաղորդիչի համբավը մի քանի չափից ավելի պարզեցումներ է առաջացրել.

Ստորև ես ուղղում եմ ամենատարածված թյուրիմացությունները և բացատրում իրական գործնական սահմաններն ու նրբությունները.

7.1 Առասպել — «Արծաթը լավագույն ջերմային հաղորդիչն է բոլոր պայմաններում»

Իրականություն: Արծաթը դրսևորում է սովորական տարրական մետաղների ամենաբարձր ջերմային հաղորդունակությունը շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում, բայց այդ գերազանցությունը կախված է համատեքստից.

Կրիոգեն ջերմաստիճաններում, որոշ մշակված ածխածնային նյութեր և ֆոնոնների գերակշռող համակարգեր (և որոշակի գերհաղորդիչ նյութեր հատուկ ռեժիմներում) կարող է գերազանցել մեծածախ արծաթը.

Շատ բարձր ջերմաստիճաններում, Արծաթի ջերմային հաղորդունակությունը զգալիորեն նվազում է էլեկտրոն-ֆոնոնների ցրման ավելացման պատճառով; որոշ հրակայուն կերամիկա ծայրահեղ շոգին պահպանում է ավելի բարձր ջերմային հաղորդունակություն.

Հետևաբար, նյութի ընտրությունը պետք է համապատասխանի աշխատանքային ջերմաստիճանի տիրույթին և շրջակա միջավայրին, ոչ մի սենյակային ջերմաստիճանի վարկանիշ.

7.2 Առասպել - «Արծաթի ջերմային հաղորդունակությունը հավասար է նրա էլեկտրական հաղորդունակությանը»

Իրականություն: Ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակությունը սերտորեն կապված է մետաղների մեջ, երկուսն էլ հիմնականում փոխանցվում են հաղորդիչ էլեկտրոնների միջոցով, բայց դրանք տարբեր ֆիզիկական հատկություններ են:.

Վիդեման-Ֆրանց հարաբերությունները դրանք կապում են ջերմաստիճանի և Լորենցի թվի միջոցով, ապահովելով օգտակար մոտարկում.

Այնուամենայնիվ, Իրական նյութերում ջերմային տրանսպորտը ներառում է նաև ֆոնոնային ներդրում և կախված է ցրման տարբեր գործընթացներից (էլեկտրոն-ֆոնոն, էլեկտրոն-կեղտոտություն, հատիկ-սահման).

Այսպիսով, նմանատիպ էլեկտրական հաղորդունակությամբ երկու նյութեր գործնականում չեն կարող ունենալ նույնական ջերմային հաղորդունակություն, և իդեալական օրենքից շեղումներ տեղի են ունենում, երբ միկրոկառուցվածքը, խառնուրդի կամ ջերմաստիճանի ազդեցությունները միջամտում են.

7.3 Առասպել. «Արծաթապատումը ցանկացած նյութ դարձնում է ջերմահաղորդիչ, ինչպես մեծածավալ արծաթը»

Իրականություն: Բարակ արծաթյա ծածկույթը կարող է բարելավել մակերեսի հաղորդունակությունը և նվազեցնել շփման դիմադրությունը, բայց դա հիմքում ընկած հատվածին մեծածավալ արծաթի ջերմային արդյունավետություն չի հաղորդում.

Արդյունավետ ջերմային հոսքը պատված հավաքույթի միջոցով կախված է արծաթե շերտի հաստությունից, դրա շարունակականությունը, և ենթաշերտի ջերմային հատկությունները.

Բարակ ծածկույթների համար (Միկրոմետրեր), ենթաշերտի հաղորդունակությունը մեծապես կարգավորում է ջերմության ընդհանուր փոխանցումը; միայն հաստ երեսպատումները կամ ամբողջական արծաթի բաղադրիչները մոտենում են արծաթի ներքին kkk-ին.

7.4 Առասպել — «Արծաթը չափազանց փափուկ է արդյունաբերական ջերմային կիրառությունների համար»

Իրականություն: Մաքուր արծաթը համեմատաբար փափուկ է, բայց գործնական ճարտարագիտությունը սովորաբար օգտագործում է ամրացված արծաթի համաձուլվածքներ և ծածկույթներ՝ մեխանիկական պահանջները բավարարելու համար՝ պահպանելով լավ ջերմային հաղորդունակությունը.

Լեգիրում փոքր քանակությամբ պղնձի հետ, պալադիում կամ այլ տարրեր, կամ կիրառելով մակերեսային բուժում, մեծացնում է կարծրությունը և մաշվածության դիմադրությունը.

Բազմաթիվ կիրառություններում լեգիրված կամ պատված արծաթի ջերմային արդյունավետությունը մնում է բավական բարձր՝ արդարացնելու համար դրա օգտագործումը, երբ հավասարակշռված է մեխանիկական և ծախսային նկատառումներից:.

8. Եզրակացություններ

Կատարում է արծաթը ջերմություն է հաղորդում? Բացարձակապես — արծաթը ջերմության լավագույն մետաղական հաղորդիչներից է.

Արժեքի և մեխանիկական փոխզիջումների պատճառով (փափկություն), Արծաթն օգտագործվում է ընտրովի, այն դեպքերում, երբ պղնձի նկատմամբ նրա սահմանային առավելությունը արդարացնում է պրեմիումը կամ երբ դրա էլեկտրականությունը, Պահանջվում են նաև քիմիական կամ կենսահամատեղելի հատկություններ.

Նյութերի գիտության և նանոմաշտաբների ճարտարագիտության առաջընթացը շարունակում է ընդլայնել արծաթի օգտակարությունը, բայց ջերմային նյութի գործնական ընտրությունը մնում է ինժեներական հավասարակշռություն ջերմային արդյունավետության միջև, մեխանիկական պահանջներ և ծախսեր.

 

ՀՏՀ

Արդյո՞ք արծաթն ավելի լավ է ջերմություն հաղորդում, քան պղնձը?

Այո. Զանգվածային, բարձր մաքրության արծաթն ունի սենյակային ջերմաստիճանի ջերմահաղորդություն ≈ 429 W·m⁻1·K-1, համեմատ ≈-ի հետ 401 W·m⁻1·K-1 պղնձի համար — համեստ (~7%) առավելություն.

Եթե ​​արծաթը լավագույնն է, ինչու այն ամենուր չի օգտագործվում?

Ծախս, առկայությունը և մեխանիկական հատկությունները (արծաթը ավելի փափուկ է) դարձնել պղինձը նախընտրելի, ծախսարդյունավետ ընտրություն ջերմային կառավարման խնդիրների մեծ մասի համար.

Արծաթը վերապահված է խորշի համար, կատարման նկատմամբ զգայուն, կամ բազմաֆունկցիոնալ դերեր.

Ինչպե՞ս է ջերմաստիճանը ազդում արծաթի ջերմային հաղորդունակության վրա?

Ջերմային հաղորդունակությունը կախված է ջերմաստիճանից: այն գագաթնակետին է հասնում շատ ցածր (կրիոգեն) ջերմաստիճանը մաքուր նյութի համար, մասին է 429 W·m⁻1·K-1 մոտ 25 ° C, և նվազում է բարձր ջերմաստիճանի դեպքում (էականորեն մի քանի հարյուր °C-ից բարձր).

Արդյոք արծաթի համաձուլվածքները կամ արծաթապատումը պահպանում են նույն հաղորդունակությունը, ինչ մաքուր արծաթը?

Ոչ. Լեգիրման և կեղտի պարունակությունը մեծացնում է էլեկտրոնների և ֆոնոնների ցրումը և նվազեցնում հաղորդունակությունը (Է.Գ., հարգի արծաթ ≈ 360–370 W·m-1·K-1).

Բարակ ծածկույթները բարելավում են մակերևույթի հաղորդունակությունը և շփման դիմադրությունը, բայց ցածր հաղորդունակության ենթաշերտը չեն վերածում զանգվածային արծաթի.

Արդյո՞ք ջերմային հաղորդունակությունը կապված է էլեկտրական հաղորդունակության հետ?

Այո, մետաղներում այդ երկուսը սերտորեն կապված են Վիդեման-Ֆրանց օրենքի միջոցով; երկուսն էլ գերակշռում են ազատ էլեկտրոնային տրանսպորտով.

Այնուամենայնիվ, Տարբեր ցրման մեխանիզմները և ֆոնոնների ներդրումը կարող են առաջացնել շեղումներ իրական նյութերում իդեալական հարաբերությունից.

Արծաթը կարող է օգտագործվել բարձր ջերմաստիճանում?

Դա կարող է, բայց դրա առավելությունը նվազում է ջերմաստիճանի հետ՝ ցրման ավելացման պատճառով.

Բարձր ջերմաստիճանի կամ հղկող միջավայրերում ինժեներները սովորաբար ընդունում են համաձուլվածքներ, ծածկույթներ կամ այլընտրանքային նյութեր, որոնք ավելի լավ են հավասարակշռում ջերմությունը, մեխանիկական և տնտեսական պահանջներ.