Metalenaren Termoindarrazkortasuna: Zein Moduan Doituak Zeharkatzen Dituzte Desberdintasun Materialak
Errezistentzia termikoa material baten egonkorasuna neurtzen du, hitzailea zehaztuta, materialak zein neurrian dezakeen kaloriatik puntu batetik bestera eraman, materiala mugitu gabe. Hona hemen faktore batzuk, estruktura, osagai eta materialaren tenperatura dituzte. Artikulu honetan, errezistentzia termikoametalei buruz arakatu dugu, elektrikoki eta termikoki errezistentzia handia duten eta densitate altua duten solidoak dira.
Zer da Metal?
Metal bat defini daiteke kristalizatutako egitura duen material solido moduan, non atomoak erregularrarekin antolatuta dauden. Atomoek nukleoi eta bertako elektronak dituzte, nukleoarekin estutasun handia dutenak. Baina, atomoen barruko elektron batzuk aske daude metalaren barruan zehar mugitzeko, elektron-sea sortuz, elektrikoki eta kaloria energia eraman dezakete.
Metalek oso asko utilitateko ezaugarriak dituzte, indarrak, moldagarritasuna, lustrua eta islatasuna barne. Elektrikoki eta termikoki ere ondo konduku dituzte, horrek esan nahi du hainbat modutan energia eraman dezakete efizienteki eta azkar.
Zein Moduan Kaloria Energia Eraman Daiteke Metalean?
Kaloria energiaren eramanean, kaloria energia tenperatura altuagoa duten lehenengo puntutik tenperatura baxuagoa duten bigarren punturantz igotzen da. Garrantzitsuena bi modu direla: konduktibitatea, konvektibitatea eta erradiazioa.
Konduktibitatea kaloria energia partikulen arteko kontaktu zuzenean igotzen dela adierazten du. Konvektibitatea fluidoetan (likido edo gas) gertatzen da, non kaloria energia fluidoaren partikulen mugimenduan igotzen da. Erradiazioa kaloria energia elektromagnetiko soinetan, argi edo infrategi-radiotan igotzen da.
Metalean, kaloria energia eramana konduktibitatearen bidez gertatzen da, metalek solidoak direlako eta elektron aske ugari dituztelako. Elektron askeak haztsu metalaren barruan zehar mugitzeko eta beste elektron edo atomen gainean urrutira jotzea, kinetikoko eta termikoko energia eramanez. Elektron aske gehiago baditu metal bat, orduan errezistentzia termikoa altuagoa izango da.
Zer Faktorek Errezistentzia Termikoa Aldatzen Dute Metalean?
Metalek errezistentzia termikoa zenbait faktorepean datza, hala nola:
Elektron askeen mota eta kopurua: Elektron aske ugari dituzten metalek errezistentzia termikoa altuagoa dute, kaloria energia gehiago eraman dezakelako. Adibidez, zilarrek errezistentzia termikoa altuena dute, ondoren kobre eta urdina.
Atomaren pisua eta tamaina: Atomu berriro eta handiago dituzten metalek errezistentzia termikoa baxuagoa dute, osotasunaren mugimendua lasterretan gelditzen duelako eta elektron askeen mugimendua salbuespena. Adibidez, plomoak errezistentzia termikoa baxuagoa du.
Kristalizatutako egitura eta akatsak: Kristalizatutako egitura erregular eta kompaktoagoa dituzten metalek errezistentzia termikoa altuagoa dute, elektronen fluxuaren aurka gutxi gorabehera dutelako. Adibidez, strukturari kubikoki dituzten metalek errezistentzia termikoa altuagoa dute hexagonal strukturari dituenetako. Akatsak, kontaminazioa, kontserbazioa edo dislokazioak ere errezistentzia termikoa txikitzen dute elektronak sakabanatzen dituelako.
Tenperatura: Metalen errezistentzia termikoa tenperaturaren arabera aldatzen da, kaloria energia transferentziaren mekanismo nagusiaren arabera. Metale puru eta aleazioetan, kaloria energia elektron askeen bidez (elektronikoki) eramaten da. Tenperatura handitu ahala, elektron askeen kopurua eta osotasunaren mugimendua handitu. Beraz, metalen errezistentzia termikoa txikiagoa da tenperatura handitu ahala. Isulaketa eta semiletak, kaloria energia osotasunaren mugimenduen bidez (fononikoki) eramaten da. Tenperatura handitu ahala, osotasunaren mugimendua handitu eta elektronak sakabanatzen dituzte. Beraz, isulaketa eta semiletak errezistentzia termikoa handiagoa da tenperatura handitu ahala.
Zein da Wiedemann-Franz-en Legea?
Wiedemann-Franz-en legea elektrikoki eta termikoki errezistentzia lotzen duen legea da. Esan nahi duena:
σK=LT
Non,
K kaloria errezistentzia da W/m-K unitatean
σ elektrikoki errezistentzia da S/m unitatean
L Lorenz-en zenbakia, konstantea da 2.44 x 10^-8 W-ohm/K^2
T absolutua da K unitatean
Lege honek esan nahi du elektrikoki errezistentzia altuagoa duten metalek errezistentzia termikoa altuagoa dute, bi ezaugarriak elektron askeen menpe dagoelako. Horrek esan nahi du errezistentzia termikoa eta elektrikoki errezistentziaren arteko arrazoia metaleen tenperaturaren proportzionala dela.
Baina, lege honek muga batzuk ditu. Ez da aplikatzen metale puruei eta aleazioei tenperatura altu edo baxuan. Ez da aplikatzen isulaketen edo semiletetan, non fononikoki errezistentzia elektronikoki errezistentziaren gainean dago. Ez da aplikatzen beryllio edo zilarrak, metale puru batzuei, non desbideratzen dira.
Zein Diren Errezistentzia Termikoen Balioak Batzuetan Ondoren Ikusten Ditugun Metaletan?
Metalen errezistentzia termikoa askotan aldatzen da, metalen mota eta purtasunaren arabera. Taula honetan adibide batzuk agertzen dira errezistentzia termikoen balioak batzuetan ikusten ditugun metaletan (25°C).
