Conductio Caloris Metallorum: Quomodo Calor per Diversa Materia diffunditur
Conductio caloris est proprietas quae mensurat quam bene materia potest transferre calorem ab uno loco ad alterum sine motu ipsius materiae. Hoc dependet a factoribus sicut structura, compositio, et temperatura materiae. In hoc articulo, nos considerabimus conductivitatem caloris in metallis, quae sunt solida cum alta conductivitate electrica et caloris, et alta densitate.
Quid est Metallum?
Metallum definitur ut solidum materiale quod habet structuram crystallinam, ubi atomi disponuntur in regulari ordine. Atomi constant ex nucleis cum suis circumdantibus stratis electronorum core, qui tenaciter ligati sunt ad nuclei. Tamen, quaedam exteriora electrona libera sunt ut per metallum moveantur, formantes mare electronorum quae possunt portare currentem electricam et energiam caloris.
Metalla multas utilitates habent, sicut altam fortitudinem, ductilitatem, malleabilitatem, lucorem, et reflectivitatem. Sunt etiam boni conductores electricitatis et caloris, quod significat quod possunt transferre hanc formam energiae efficaciter et celeriter.
Quomodo Transferitur Calor in Metallis?
Translatio caloris est processus movendi energiam thermicam ab regione maioris temperature ad regionem minoris temperature. Sunt tres principes modi translatonis caloris: conduction, convection, et radiatio.
Conductio est modus translatonis caloris qui occurrere solet in solidis, ubi calor fluens per directum contactum inter atomos vel moleculas. Convection est modus translatonis caloris qui occurrere solet in fluidis (liquidis vel gasibus), ubi calor fluens per motum particulae fluidi. Radiatio est modus translatonis caloris qui occurrere solet per undas electromagneticas, sicut lux vel radiatio infrarossa.
In metallis, translatio caloris principaliter occurrit per conduction, quia metallis sunt solida et habent multos electronos liberos. Electroni liberi possunt moveri casu per metallum et collidere cum aliis electronis vel atomis, transferendo energiam kineticam et thermicam. Quanto plures electroni liberi metallum habet, tanto maior est eius conductivitas caloris.
Quae Factores Affectant Conductivitatem Caloris in Metallis?
Conductivitas caloris in metallis dependet a pluribus factoribus, sicut:
Typus et numerus electronorum liberorum: Metalla cum plures electroni liberi habent altam conductivitatem caloris, quia plus possunt portare energiam caloris. Exempli gratia, argentum habet maximam conductivitatem caloris inter metalla, secutum a cupro et auro.
Massa atomica et magnitudo: Metalla cum gravioribus et maioribus atomis habent minorem conductivitatem caloris, quia vibrare tardius et impedire motum electronorum liberi. Exempli gratia, plumbum habet minimam conductivitatem caloris inter metalla.
Structura crystallina et defectus: Metalla cum regulariore et compactiori structura crystallina habent altam conductivitatem caloris, quia minus resistentia ad fluxum electronorum. Exempli gratia, metalla cum structura cubica habent altam conductivitatem caloris quam metalla cum structura hexagona. Defectus sicut impuritates, vacans, vel dislocationes possunt etiam reducere conductivitatem caloris in metallis per dispersionem electronorum.
Temperatura: Conductivitas caloris in metallis variat cum temperatura in diversis modis secundum dominante mechanismum translatonis caloris. Pro metallis puris et alligatis, translatio caloris principaliter est propter electronos liberos (conduction electronic). Cum temperatura crescit, et numerus electronorum liberi et vibrationes reticuli crescunt. Itaque, conductivitas caloris in metallis paululum decrescit cum crescendo temperatura. Pro insulatoribus et semiconductoribus, translatio caloris principaliter est propter vibrationes reticuli (conduction phononic). Cum temperatura crescit, vibrationes reticuli crescunt significanter et dispertunt electronos frequentius. Itaque, conductivitas caloris in insulatoribus et semiconductoribus rapidissime crescit cum crescendo temperatura.
Quid est Lex Wiedemann-Franz?
Lex Wiedemann-Franz est relatio quae conectit conductivitatem electricam et conductivitatem caloris in metallis ad datam temperaturam. Statuit quod:
σK=LT
Ubi,
K est conductivitas caloris in W/m-K
σ est conductivitas electrica in S/m
L est numerus Lorenz, qui est constantia aequalis 2.44 x 10^-8 W-ohm/K^2
T est absoluta temperatura in K
Haec lex implicat quod metalla quae habent altam conductivitatem electricam habent etiam altam conductivitatem caloris, quia ambae proprietates dependent a electronis liberi. Implicat etiam quod ratio conductivitatis caloris ad conductivitatem electricam est proportionalis ad temperaturam metallorum.
Tamen, haec lex habet quaedam limitationes. Applicatur tantum ad metalla pura et alligata ad valde altas vel valde bassas temperaturas. Non applicatur ad insulators vel semiconductors, ubi conduction phononic dominatur super conduction electronic. Non applicatur etiam ad quaedam metalla, sicut beryllium vel argentum purum, quae deviant ab hac lege.
Quae Sunt Valores Conductivitatis Caloris in Quibusdam Communibus Metallis?
Conductivitas caloris in metallis variet amplissime secundum typum et puritatem metalli. Tabula infra monstrat exempla valorum conductivitatis caloris pro quibusdam communibus metallis ad temperaturam camerae (25°C).
