Теплопроводность низкая это: Значение, Определение, Предложения . Что такое низкая теплопроводность

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

https://ria.ru/20210715/teploprovodnost-1741391973.html

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью – РИА Новости, 15.07.2021

Ученые открыли материал с самой низкой теплопроводностью

Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это… РИА Новости, 15.07.2021

2021-07-15T21:00

2021-07-15T21:00

2021-07-15T21:00

наука

технологии

великобритания

химия

физика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/07/0f/1741376784_0:401:1392:1184_1920x0_80_0_0_e989180d69619a141bcde475f93aa833.jpg

МОСКВА, 15 июл — РИА Новости. Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это открытие будет иметь решающее значение для разработки термоэлектрических материалов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.Примерно семьдесят процентов всей энергии, производимой в мире, расходуется в виде тепла. Для сокращения этих потерь необходимы материалы с низкой теплопроводностью. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым вопросом перехода на источники чистой энергии.Исследователи из Ливерпульского университета вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона, британской национальной лаборатории Резерфорда — Эплтона и французской лаборатории кристаллографии и материаловедения CRISMAT путем дизайна на атомном масштабе создали новый материал, обладающий уникально низкой теплопроводностью.Материал объединяет две разные атомные структуры, каждая из которых замедляет скорость передачи тепла сквозь твердое тело. Самой сложной задачей было соединить обе структуры в одном материале, так как для этого нужно точно контролировать расположение каждого атома. Подбирая экспериментальным путем химические варианты различных атомных расположений, ученые интуитивно ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов, но синергетический эффект превзошел их ожидания.”Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и проводит тепло почти так же плохо, как воздух”, — приводятся в пресс-релизе Ливерпульского университета слова руководителя исследования профессора Мэтта Россейнски (Matt Rosseinsky).Если принять теплопроводность стали за единицу, то показатель титанового стержня составит 0,1; вода и строительного кирпича — 0,01; воздуха — 0,0005; а нового материала — 0,001.Сначала авторы определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждой из двух структур, а потом создали комбинированную компоновку атомов, имеющую имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из двух исходных материалов.”Захватывающий вывод этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя атомистические взаимодействия, — говорит еще один из авторов статьи доктор Джон Алария (Jon Alaria), научный сотрудник химического факультетаЛиверпульского университета и Института возобновляемых источников энергии Стивенсона. — Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, обеспечивающим меньшее энергопотребление и более эффективную передачу электричества”.По мнению авторов, их открытие представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком на атомном масштабе и имеет большое значение как для фундаментального понимания свойств материалов, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, например, для разработки термоизолирующих покрытий.

https://ria.ru/20201224/ekran-1590713308.html

https://ria.ru/20210616/sverkhprovodnik-1737244365.html

великобритания

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/07/0f/1741376784_0:270:1392:1314_1920x0_80_0_0_2ff0d6390b219f4514dab73413f22c0b.jpg

1920

1920

true

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

технологии, великобритания, химия, физика

Наука, Технологии, Великобритания, Химия, Физика

МОСКВА, 15 июл — РИА Новости. Британские и французские ученые синтезировали новый неорганический материал с самой низкой на сегодняшний день теплопроводностью. По мнению авторов, это открытие будет иметь решающее значение для разработки термоэлектрических материалов нового поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Примерно семьдесят процентов всей энергии, производимой в мире, расходуется в виде тепла. Для сокращения этих потерь необходимы материалы с низкой теплопроводностью. Разработка новых и более эффективных термоэлектрических материалов, которые могут преобразовывать тепло в электричество, считается ключевым вопросом перехода на источники чистой энергии.

Исследователи из Ливерпульского университета вместе с коллегами из Университетского колледжа Лондона, британской национальной лаборатории Резерфорда — Эплтона и французской лаборатории кристаллографии и материаловедения CRISMAT путем дизайна на атомном масштабе создали новый материал, обладающий уникально низкой теплопроводностью.

Материал объединяет две разные атомные структуры, каждая из которых замедляет скорость передачи тепла сквозь твердое тело. Самой сложной задачей было соединить обе структуры в одном материале, так как для этого нужно точно контролировать расположение каждого атома.

Подбирая экспериментальным путем химические варианты различных атомных расположений, ученые интуитивно ожидали получить среднее значение физических свойств двух компонентов, но синергетический эффект превзошел их ожидания.

24 декабря 2020, 12:27Наука

Ученые создали материал для смартфонов, который умеет регенерироваться

“Обнаруженный нами материал имеет самую низкую теплопроводность среди всех неорганических твердых тел и проводит тепло почти так же плохо, как воздух”, — приводятся в пресс-релизе Ливерпульского университета слова руководителя исследования профессора Мэтта Россейнски (Matt Rosseinsky).

Если принять теплопроводность стали за единицу, то показатель титанового стержня составит 0,1; вода и строительного кирпича — 0,01; воздуха — 0,0005; а нового материала — 0,001.

Сначала авторы определили механизмы, ответственные за снижение теплопередачи в каждой из двух структур, а потом создали комбинированную компоновку атомов, имеющую имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем любой из двух исходных материалов.

“Захватывающий вывод этого исследования состоит в том, что можно улучшить свойства материала, используя атомистические взаимодействия, — говорит еще один из авторов статьи доктор Джон Алария (Jon Alaria), научный сотрудник химического факультета

Ливерпульского университета и Института возобновляемых источников энергии Стивенсона. — Помимо переноса тепла, эта стратегия может быть применена к другим важным фундаментальным физическим свойствам, таким как магнетизм и сверхпроводимость, обеспечивающим меньшее энергопотребление и более эффективную передачу электричества”.

По мнению авторов, их открытие представляет собой прорыв в управлении тепловым потоком на атомном масштабе и имеет большое значение как для фундаментального понимания свойств материалов, так и для практического применения в термоэлектрических устройствах, например, для разработки термоизолирующих покрытий.

16 июня 2021, 15:41Наука

Открыт новый топологический сверхпроводник

Температура и тепловое равновесие — Гипермаркет знаний. Какие виды теплопередачи вы знаете

Внутренняя энергия, как и всякий, иной вид энергии, может передаваться от одного тела к другому. Мы уже рассмотрели один из примеров такой передачи – передачу энергии от горячей воды к холодной ложке. Такой вид теплопередачи называется: теплопроводностью.

Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Закрепляют один конец толстой медной проволоки в штативе, а к проволоке прикрепляют воском несколько гвоздиков (рис. 183). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Как происходит передача энергии по проволоке?

Сначала горячее пламя вызывает усиление колебательного движения частиц металла в одном конце проволоки и температура его повышается. Потом это усиление движения передается соседним частицам, и скорость их колебаний также увеличивается, т. е.

повышается температура следующей части проволоки . Затем увеличивается скорость колебания следующих частиц и т. д. При этом очень важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается от одного конца тела к другому.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. В этом можно убедиться на опыте, в котором энергия передается по стержням из разных металлов (рис. 184). И из жизненного опыта мы знаем, что одни вещества имеют большую теплопроводность, чем другие. Железный гвоздь, например, нельзя долго нагревать, держа в руке, а горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки.

Большую теплопроводность имеют металлы, особенно серебро и медь.

У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. У газов теплопроводность еще меньше. Ведь молекулы их находятся далеко друг от друга и передача движения от одной молекулы к другой затруднена.

Шерсть, пух, мех и другие пористые тела между своими волокнами содержат воздух и поэтому обладают плохой теплопроводностью. Вот почему шерсть, мех, пух защищают животных от охлаждения . Защищает животных от охлаждения и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, у китов, моржей, тюленей.

Самую малую теплопроводность имеет вакуум – сильно разреженный газ. Объясняется это тем, что теплопроводность, т. е. перенос энергии от одной части тела к другой, осуществляют молекулы или другие частицы, – следовательно, там, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Вещества с малой теплопроводностью применяют там, где необходимо сохранять энергию. Например, кирпичные стены помогают сохранять внутреннюю энергию в помещении. Можно предохранить тела, и от нагревания, например лед в погребе сохраняют,

обкладывая погреб соломой, опилками и землей, которые обладают плохой теплопроводностью.

Вопросы. 1. На каком опыте можно наблюдать передачу внутренней энергии твердым телом? 2. Как происходит передача энергии по металлической проволоке? 3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?

Упражнения. 1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания? 2. Объясните, почему солома, сено, сухие листья обладают плохой теплопроводностью. 3. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок, теплопроводность льда в 21,6 раза больше, чем свежевыпавшего снега (снег состоит из мелких кристалликов льда). Чем объяснить такую разницу? 4. Почему выражение «шуба греет» неверно? 5. Ножницы и карандаши, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее? 6. Объясните, каким образом мех, пух, перья на теле животных, а также одежда человека защищают от холода.

В предыдущем параграфе мы выяснили, что при опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твёрдыми телами, жидкостью и газом.

Внесём в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью .

Поднесём к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность.

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность . Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Рассмотрим передачу тепла от одной части твёрдого тела к другой на следующем опыте.

Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться (рис. 5). Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Рис. 5. Передача тепла от одной части твёрдого тела к другой

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д.

Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и станем нагревать её верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 6). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов.

Рис. 6. Теплопроводность жидкости

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твёрдых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 7). Палец при этом долго не почувствует тепла.

Рис. 7. Теплопроводность газа

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.

Итак, теплопроводность у различных веществ различна .

Опыт, изображённый на рисунке 8, показывает, что теплопроводность у различных металлов неодинакова.

Рис. 8. Теплопроводность разных металлов

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобождённое от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность – это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из брёвен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняющих помещения от охлаждения.

Вопросы

1. Как происходит передача энергии по металлической проволоке?
2. Объясните опыт (см. рис. 8), показывающий, что теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали.
3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?
4. Почему мех, пух, перья на теле животных и птиц, а также одежда человека защищают от холода?

Упражнение 3

1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания?
2. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок. Чем объяснить такую разницу?
3. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?
4. Почему выражение «шуба греет» неверно?

Задание

Возьмите чашку с горячей водой и одновременно опустите в воду металлическую и деревянную ложки. Какая из ложек быстрее нагреется? Каким способом осуществляется теплообмен между водой и ложками? Как изменяется внутренняя энергия воды и ложек?

, 10 класс
Тема: « Температура и тепловое равновесие »

Тепловые явления

Какие виды теплопередачи вы знаете?

Конвекция;

Теплопроводность;

Излучение.

Что такое теплопроводность?

Ответ: перенос тепла при взаимодействии частиц.

Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?

Ответ: наибольшая – у металлов, наименьшая – у газов.

В чем состоит явление конвекции?

Ответ: перенос тепла потоками жидкости или газа.

Чем объясняется конвекция?

Ответ: движение потоков тёплого газа и жидкости объясняется архимедовой силой.

Какие виды конвекции вы знаете?

Ответ: естественная и вынужденная.

Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется…

количеством теплоты.

1. Что такое удаленная теплоемкость вещества?

– величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 0С.

2. У разных веществ удельная теплоёмкость…

3. У веществ в разных агрегатных состояниях (лёд, вода, пар) удельная теплоёмкость…

Задача. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания медной детали массой 2кг для изменения его температуры на 100 0С.

Скачать презентацию можно кликнув на текст Скачать презентацию и установив программу Microsoft PowerPoint.

Прислано учителем Мирошниченко.

Что такое теплопроводность в физике?

Явление теплопроводности заключается в передаче энергии в виде тепла при непосредственном контакте двух тел без какого-либо обмена материей или с ее обменом. При этом энергия переходит из одного тела или области тела, имеющего более высокую температуру, в тело или область с более низкой температурой. Физической характеристикой, которая определяет параметры передачи тепла, является теплопроводность. Что такое теплопроводность, и как ее описывают в физике? На эти вопросы ответит данная статья.

Общее понятие о теплопроводности и ее природа

Если отвечать простыми словами на вопрос о том, что такое теплопроводность в физике, то следует сказать, что передача тепла между двумя телами или различными областями одного и того же тела является процессом обмена внутренней энергией между частицами, составляющими тело (молекулы, атомы, электроны и ионы). Сама внутренняя энергия состоит из двух важных частей: из кинетической и из потенциальной энергии.

Что такое теплопроводность в физике с точки зрения природы этой величины? На микроскопическом уровне способность материалов проводить тепло зависит от их микроструктуры. Например, для жидкостей и газов указанный физический процесс происходит за счет хаотичных столкновений между молекулами, в твердых телах основная доля переносимого тепла приходится на обмен энергией между свободными электронами (в металлических системах) или фононами (неметаллические вещества), которые представляют собой механические колебания кристаллической решетки.

Математическое представление теплопроводности

Ответим на вопрос о том, что такое теплопроводность, с математической точки зрения. Если взять однородное тело, тогда количество тепла, переданного через него в данном направлении, будет пропорционально площади поверхности, перпендикулярной направлению теплопередачи, теплопроводности самого материала и разнице температур на концах тела, а также будет обратно пропорционально толщине тела.

В итоге получается формула: Q/t = kA(T₂-T₁)/x, здесь Q/t – теплота (энергия), переданная через тело за время t, k – коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлено рассматриваемое тело, A – площадь поперечного сечения тела, T₂-T₁ – разница температур на концах тела, причем T₂>T₁, x – толщина тела, через которую передается тепло Q.

Способы передачи тепловой энергии

Рассматривая вопрос о том, что такое теплопроводность материалов, следует упомянуть о возможных способах передачи тепла. Тепловая энергия может передаваться между различными телами с помощью следующих процессов:

• проводимость – этот процесс идет без переноса материи;
• конвекция – перенос тепла непосредственно связан и с движением самой материи;
• излучение – передача тепла осуществляется за счет электромагнитного излучения, то есть с помощью фотонов.

Чтобы тепло было передано с помощью процессов проводимости или конвекции, необходим непосредственный контакт между различными телами с тем отличием, что в процессе проводимости не существует макроскопического движения материи, а в процессе конвекции это движение присутствует. Отметим, что микроскопическое движение имеет место во всех процессах теплопередачи.

Для обычных температур в несколько десятков градусов Цельсия можно сказать, что на долю конвекции и проводимости приходится основная часть передаваемого тепла, а количество энергии, переданной в процессе излучения, является незначительным. Однако излучение начинает играть главную роль в процессе теплопередачи при температурах в несколько сотен и тысяч Кельвин, поскольку количество энергии Q, передаваемой этим способом, растет пропорционально 4-й степени абсолютной температуры, то есть ∼ T⁴. Например, наше солнце теряет большую часть энергии именно за счет излучения.

Теплопроводность твердых тел

Так как в твердых телах каждая молекула или атом находятся в определенном положении и не могут его покинуть, то передача тепла с помощью конвекции оказывается невозможной, и единственным возможным процессом является проводимость. При увеличении температуры тела кинетическая энергия составляющих его частиц увеличивается, и каждая молекула или атом начинают интенсивнее колебаться. Этот процесс приводит к их столкновению с соседними молекулами или атомами, в результате таких столкновений передается кинетическая энергия от частицы к частице до тех пор, пока все частицы тела не будут охвачены этим процессом.

В результате описанного микроскопического механизма при нагреве одного конца металлического стержня температура через некоторое время выравнивается по всему стержню.

Тепло не передается одинаково в различных твердых материалах. Так, существуют материалы, которые обладают хорошей теплопроводностью. Они легко и быстро проводят тепло через себя. Но также существуют плохие теплопроводники или изоляторы, через которые тепло практически не проходит.

Коэффициент теплопроводности для твердых тел

Коэффициент термической проводимости для твердых тел k имеет следующий физический смыл: он указывает на количество теплоты, которое проходит за единицу времени через единицу площади поверхности в каком-либо теле единичной толщины и бесконечной длины и ширины при разнице температур на его концах, равной одному градусу. В международной системе единиц СИ коэффициент k измеряется в Дж/(с*м*К).

Данный коэффициент в твердых веществах зависит от температуры, поэтому его принято определять при температуре 300 K с целью сравнения способности проводить тепло различными материалами.

Коэффициент теплопроводности для металлов и неметаллических твердых материалов

Все металлы без исключения являются хорошими проводниками тепла, за перенос которого в них отвечает электронный газ. В свою очередь ионные и ковалентные материалы, а также материалы, имеющие волокнистую структуру, являются хорошими теплоизоляторами, то есть плохо проводят тепло. Для полноты раскрытия вопроса о том, что такое теплопроводность, следует заметить, что этот процесс требует обязательного наличия вещества, если он осуществляется за счет конвекции или проводимости, поэтому в вакууме тепло может передаваться только за счет электромагнитного излучения.

В списке ниже приведены значения коэффициентов теплопроводности для некоторых металлов и неметаллов в Дж/(с*м*К):

• сталь – 47-58 в зависимости от марки стали;
• алюминий – 209,3;
• бронза – 116-186;
• цинк – 106-140 в зависимости от чистоты;
• медь – 372,1-385,2;
• латунь – 81-116;
• золото – 308,2;
• серебро – 406,1-418,7;
• каучук – 0,04-0,30;
• стекловолокно – 0,03-0,07;
• кирпич – 0,80;
• дерево – 0,13;
• стекло – 0,6-1,0.

Таким образом, теплопроводность металлов на 2-3 порядка превышает значения теплопроводности для изоляторов, которые являются ярким примером ответа на вопрос о том, что такое низкая теплопроводность.

Значение теплопроводности играет важную роль во многих индустриальных процессах. В одних процессах стремятся увеличить ее, используя хорошие теплопроводники и увеличивая площадь контакта, в других же стараются уменьшить теплопроводность, уменьшая площадь контакта и применяя теплоизолирующие материалы.

Конвекция в жидкостях и газах

Передача тепла в текучих средах осуществляется за счет процесса конвекции. Этот процесс предполагает перемещение молекул вещества между зонами с различной температурой, то есть при конвекции происходит перемешивание жидкости или газа. Когда текучая материя отдает тепло, ее молекулы теряют часть кинетической энергии, и материя становится более плотной. Наоборот, когда текучая материя нагревается, ее молекулы увеличивают свою кинетическую энергию, их движение становится более интенсивным, соответственно, объем материи увеличивается, а плотность уменьшается. Именно поэтому холодные слои материи стремятся опуститься вниз под действием силы тяжести, а горячие слои пытаются подняться вверх. Этот процесс приводит к перемешиванию материи, способствуя передачи тепла между ее слоями.

Коэффициент теплопроводности некоторых жидкостей

Если отвечать на вопрос о том, что такое теплопроводность воды, то следует понимать, что она обусловлена конвекционным процессом. Коэффициент теплопроводности для нее равен 0,58 Дж/(с*м*К).

Для других жидкостей эта величина приведена в списке ниже:

• этиловый спирт – 0,17;
• ацетон – 0,16;
• глицерол – 0,28.

То есть значения теплопроводности для жидкостей сравнимы с таковыми для твердых теплоизоляторов.

Конвекция в атмосфере

Важность атмосферной конвекции велика, поскольку благодаря ней существуют такие явления, как ветры, циклоны, образование облаков, дожди и другие. Все эти процессы подчиняются физическим законам термодинамики.

Среди процессов конвекции в атмосфере самым важным является круговорот воды. Здесь следует рассмотреть вопросы о том, что такое теплопроводность и теплоемкость воды. Под теплоемкостью воды понимается физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо передать 1 кг воды, чтобы ее температура увеличилась на один градус. Оно равно 4220 Дж.

Круговорот воды осуществляется следующим образом: солнце нагревает воды Мирового океана, и часть воды испаряется в атмосферу. За счет процесса конвекции водяной пар поднимается на большую высоту, охлаждается, образуются облака и тучи, которые приводят к возникновению осадков в виде града или дождя.

10 лучших исследовательских работ по низкой теплопроводности

10 лучших исследовательских работ по низкой теплопроводности – Thermtest Inc.

• Последние
• В тренде
• Наш выбор

1. Пенопласт с закрытыми порами широко используется в качестве защитной одежды в экстремальных условиях. В этой статье изучалось использование материалов на основе неопрена в гидрокостюмах путем разработки стратегии снижения теплопроводности гибкой полихлоропеновой пены с закрытыми порами. Теплопроводность заряженного и немодифицированного вспененного неопрена измеряли методом переходного плоского источника (TPS) с помощью измерителя теплопроводности Hot Disc TPS 2500 S. Было обнаружено, что гидрокостюм из неопрена со сверхнизкой теплопроводностью способен потенциально увеличить время погружения до 2–3 часов в воде при температуре ниже 10 ° C по сравнению с <1 часом для современных гидрокостюмов.

2. В этом исследовании анализируется муллитовая керамика, образованная в результате вспенивания и уплотнения крахмалом порошка муллита, а также анализ того, как ее теплопроводность изменяется в зависимости от пористости керамики. Теплопроводность измерялась с помощью метода плоскостного источника (TPS) Hot Disc с помощью TPS 2500 S. По мере увеличения пористости муллитовой керамики увеличивается и теплопроводность.

3. Исследуется сеть трехмерных углеродных нанотрубок (УНТ) и то, как легирование калием или йодом может повлиять на термоэлектрические свойства этой сети. Благодаря наномасштабированию на месте эта сеть УНТ была объединена с полианилином (ПАНИ) и увеличила термоэлектрические характеристики ПАНИ, сохранив при этом гибкую структуру трехмерной сети УНТ. Этот композит имеет одну из самых низких теплопроводностей среди всех известных материалов на основе УНТ.

4. В данной статье исследуется влияние легирования алюминием на теплопроводность и другие термоэлектрические свойства наноструктурированного Zn1•XAlXTe (0 ≤ X ≤ 0,15) в диапазоне температур 300 K – 600 K. Теплопроводность измерялась с помощью нестационарного плоского источника (TPS) с помощью анализатора тепловых констант Hot Disc. Было обнаружено, что с увеличением легирования алюминия теплопроводность уменьшалась, а с повышением температуры также уменьшалась теплопроводность. Снижение теплопроводности повысило эффективность термоэлектрического материала, выраженную безразмерной добротностью (zT).

5. В настоящее время исследователи разрабатывают способы производства термоэлектрических материалов, таких как скуттерудиты, с низкой теплопроводностью решетки. В данной работе была разработана процедура гидротермального синтеза для получения соединений CoSb3. Анализатор термических постоянных Hot Disc измерил теплопроводность трех образцов CoSb3 с использованием метода переходного плоского источника (TPS). Результаты показали, что теплопроводность увеличивалась с понижением температуры и была намного ниже для образцов CoSb3, синтезированных гидротермальным способом, чем другие методы изготовления.

6. Аэрогели монолитного диоксида кремния были синтезированы с очень низкой теплопроводностью (0,036 Вт/мК) и высокой пористостью (97%) путем сушки под давлением при комнатной температуре. Этот метод сушки заменяет сверхкритическую сушку, которая является более дорогостоящей и опасной. Аэрогель был получен из тетраэтоксисилана (ТЭОС) и обработки триметилхлорсиланом. ЯМР и ИК-Фурье-спектроскопию использовали для характеристики поверхностного сцепления и краевых углов. Использование метода множественной модификации поверхности (МСМ) позволило авторам создать аэрогель с высокой монолитностью и пористостью, а также низкой теплопроводностью.

7. Используя порошок муллита промышленного качества и процесс вспенивания и консолидации крахмала, была приготовлена ​​серия пористой муллитовой керамики. Эта керамика была проанализирована с помощью анализатора тепловых констант Hot Disc, и было определено, что керамика имеет низкую теплопроводность и может быть хорошим теплоизолятором. Пористость синтезированной керамики можно контролировать с помощью температуры спекания и регулирования загрузки твердой фазы. Керамика была подвергнута теоретическим моделям (Эйкена-Максвелла и EMT), чтобы доказать, что приготовленная керамика была классифицирована как «внутренняя пористость».

8. Термобарьерные покрытия (TBC) наносятся плазменным напылением на детали газовых турбин для повышения эффективности сгорания и увеличения срока службы компонентов. В этом отчете рассматриваются два TBC: частично стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония (YPSZ) и частично стабилизированный диспрозией диоксид циркония (DyPSZ). Для измерения теплопроводности покрытий использовались методы TPS и лазерной вспышки, и результаты сравнивались. Кроме того, было исследовано влияние микроструктуры барьера на теплопроводность.

9. Серия компактированных Bi _0,5 Sb _1,5 Te ₃ Нанопластинки синтезированы гидротермальными методами с последующим холодным прессованием и спеканием при температуре от 300°C до 380°C. Затем на синтезированных нанопластинках проводят различные термические, механические и электрические анализы, включая: метод TPS для теплопроводности, SEM/TEM/AFM для выяснения механических и физических свойств нанопластинок, а также оксфордский криостат с охладителем замкнутого цикла для измерения электрическое сопротивление. Образец нанопластинок, спеченный при 340°С, показал наилучшее сочетание тепловых, электрических и механических свойств.

10. Керосин используется в качестве охлаждающей жидкости в двигателях, однако, как и многие обычные теплоносители, он имеет низкую теплопроводность. Наножидкости представляют собой суспензии теплопроводных частиц нанометрового размера в базовой жидкости. В этой статье исследуются тепловые свойства наножидкости на основе керосина с наночастицами оксида меди (CuO). Измеритель теплопроводности (TPS-500) измерял теплопроводность наножидкостей оксида меди/керосина с использованием метода переходного плоского источника (TPS). Образцы наножидкостей объемом 60 мл в диапазоне концентраций от 0,01 до 0,08% измеряли в течение 20 секунд при 25 мВт. Результаты показали, что теплопроводность наножидкости CuO/керосин увеличивалась с увеличением концентрации CuO до определенного значения, а затем немного снижалась.

Чрезвычайно низкая теплопроводность и высокие термоэлектрические характеристики в жидкоподобных полиморфных материалах Cu2Se1-xSx

Чрезвычайно низкая теплопроводность и высокие термоэлектрические характеристики в жидкообразных Cu

₂ Se _{1− x} S _x полиморфных материалов†

Куньпэн Чжао, ^аб Андерс Банк Блихфельд, ^cd Эспен Эйкеланд, ^ce Пэнфэй Цю, * ^и Дуди Рен, ^и Бо Бруммерштедт Иверсен, ^с Сюнь Ши ^и а также Лидонг Чен ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Государственная ключевая лаборатория высокоэффективной керамики и сверхтонкой микроструктуры, Шанхайский институт керамики, Китайская академия наук, Шанхай 200050, Китай
Электронная почта: qiupf@mail. sic.ac.cn, [email protected]

^б Университет Китайской академии наук, Пекин 100049, Китай

^с Центр кристаллографии материалов, кафедра химии и iNANO, Орхусский университет, Langelandsgade 140, DK-8000 Aarhus C, Дания

^д Департамент материаловедения и инженерии, Норвежский университет науки и технологии, N-7491 Тронхейм, Норвегия

^и Датский технологический институт, Центр нанопроизводства и микроанализа, DK-2630 Таструп, Дания

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> В последнее время халькогениды меди Cu _{2− x} δ (δ = S, Se, Te) привлекли большое внимание благодаря своим исключительным тепловым и электрическим транспортным свойствам. Помимо этих бинарных соединений Cu _{2- x} δ, тройные твердые растворы Cu _{2- x} δ также должны обладать превосходными термоэлектрическими характеристиками. В данном исследовании синтезирован ряд Cu ₂ Se _{1− x} S _x ( x = 0,2, 0,3, 0,5 и 0,7) твердые растворы путем плавления исходных элементов с последующим искровым плазменным спеканием. Энергодисперсионное картирование, порошковая и монокристаллическая рентгеновская дифракция и рентгенофазовые исследования позволяют предположить, что Cu ₂ Se и Cu ₂ S могут образовывать сплошной твердый раствор во всем интервале составов. . Эти Cu ₂ Se _{1− x} S _x твердые растворы представляют собой полиморфные материалы, состоящие из различных фаз с различными пропорциями при комнатной температуре, но однофазные материалы при повышенной температуре. Повышение содержания серы в Cu ₂ Se _{1- x} S _x твердого раствора может значительно снизить электрическую концентрацию носителей заряда и значительно увеличить коэффициент Зеебека в твердых растворах. диапазон температур по сравнению с бинарными Cu ₂ Se. В частности, введение серы в Se-центры снижает скорость звука. Комбинируя усиленное рассеяние фононов на точечных дефектах, в этих твердых растворах получают чрезвычайно низкую решеточную теплопроводность. Finally, a maximum zT value of 1.65 at 950 K is achieved for Cu ₂ Se _{0. 8} S _0.2 , which is greater than those of Cu ₂ Se and Cu ₂ С.

• Эта статья является частью тематического сборника: 2017 Журнал химии материалов A HOT Papers

Сверхнизкая теплопроводность в наноразмерных слоистых оксидах | J. Теплопередача

Пропустить пункт назначения

Научно-исследовательские работы

Дж. Альварес-Кинтана,

Лл. Перальба-Гарсия,

Й. Л. Лабар,

Х. Родригес-Вьехо

Информация об авторе и статье

Дж. Теплообмен . март 2010 г., 132(3): 032402 (6 страниц)

https://doi.org/10.1115/1.4000052

Опубликовано в Интернете: 28 декабря 2009 г.

История статьи

Получен:

21 февраля 2009 г.

Пересмотренный Просмотры

• Содержание артикула
• Рисунки и таблицы
• Видео
• Аудио
• Дополнительные данные
• Экспертная оценка

Делиться

• MailTo
• Твиттер
• LinkedIn

Иконка Цитировать Цитировать

Разрешения

Поиск по сайту

Citation

Альварес-Кинтана, Х. , Перальба-Гарсия, Л., Лабар, Х.Л., и Родригес-Вьехо, Х. (28 декабря 2009 г.). «Сверхнизкая теплопроводность в наноразмерных слоистых оксидах». КАК Я. Дж. Теплообмен . март 2010 г.; 132(3): 032402. https://doi.org/10.1115/1.4000052

Скачать файл цитаты:

• Рис (Зотеро)
• Менеджер ссылок
• EasyBib
• Подставки для книг
• Менделей
• Бумаги
• КонецПримечание
• РефВоркс
• Бибтекс
• Процит
• Медларс

панель инструментов поиска

Расширенный поиск

Методом 3ω измерена поперечная теплопроводность нескольких наноразмерных слоистых оксидов SiO2/Y2O3⁠, SiO2/Cr2O3⁠ и SiO2/Al2O3⁠, синтезированных методом электронно-лучевого испарения, в диапазоне температур от 30 до 300 К. Теплопроводность достигает значений около 0,5 Вт/м К при комнатной температуре в многослойных образцах, образованных 20 бислоями 10 нм SiO2/10 нм Y2O3⁠, и всего 0,16 Вт/м К для одного бислоя. Снижение теплопроводности связано с высокой плотностью поверхности раздела, которая создает сильный барьер для теплопередачи, а не с изменением собственной теплопроводности из-за нанометровой толщины слоев. Мы показываем, что влияние первых нескольких интерфейсов на общее тепловое сопротивление выше, чем последующих. Отжиг многослойных образцов до 1100°С несколько увеличивает теплопроводность за счет изменения микроструктуры. Эти результаты предлагают способ получения подходящих теплозащитных покрытий для высокотемпературных применений.

Раздел выпуска:

Микро/нанотеплообмен

Ключевые слова:

отжиг, диэлектрические материалы, электронно-лучевое осаждение, теплопередача, многослойный, термобарьерные покрытия, теплопроводность, термическое сопротивление, диэлектрические оксиды, сверхнизкая теплопроводность, многослойные

Темы:

Теплопроводность, Температура, Термическое сопротивление, Nanoscale phenomena

1.

Beele

,

W.

,

Marijnissen

,

G.

, and

Van Lieshout

,

A.

, 1999, “

Эволюция теплозащитных покрытий – статус и предстоящие решения ключевых проблем сегодняшнего дня

»,

Прибой. Пальто. Технол.

0257-8972,

120-121

(

799

), с.

2.

Cao

,

X. Q.

,

Vassen

,

R.

, and

Stover

,

D.

, 2004, “

Ceramic Materials для термобарьерных покрытий

»,

J. Eur. Керам. соц.

0955-2219,

24

, стр.

1

–

10

.

3.

Hasselman

,

D. P. H.

,

Johnson

,

L. F.

,

Bentsen

,

L. D.

,

Syed

,

R.

и

Ли

,

H.L.

, 1987, «

Температуропроводность и проводимость плотной поликристаллической керамики ZrO2

»,

J. Am. Керам. соц.

0002-7820,

66

(

5

), стр.

799

–

9,090 1036 803

4.

Clarke

,

D. R.

, 2003, «

Рекомендации по выбору материалов для теплозащитных покрытий с низкой теплопроводностью»

»,

Прибой. Пальто. Технол.

0257-8972,

163-164

, стр.

67

–

74

.

5.

Schlichting

,

K. W.

,

Padture

,

N. P.

, and

Klemens

,

P. G.

, 2001, “

Thermal Conductivity of Dense и пористый диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия

»,

J. Mater. науч.

0022-2461,

36

(

12

), с.

6.

Gao

,

P.

,

Meng

,

L. J.

,

Dos Santos

,

P. M.

,

Teixeira

,

В.

и

Andritschky

,

M.

, 2002, “

Study of ZrO2/Al2O3 Multilayers

,”

Vacuum

0042-207X,

64

(

3-4

), стр.

267

–

273

.

7.

Зима

,

M. R.

и

CLARKE

,

D. R.

, 2007, «

Оксид. Материалы для оксида с низкой термообращением

, 2007,«

.0013

»,

J. Am. Керам. соц.

0002-7820,

90

(

2

), с.

8.

Soyez

,

G.

,

Eastman

,

J. A.

,

Thompson

,

L. J.

,

Bai

,

G. R.

,

Baldo

,

P. M.

,

Dimelfi

,

R. J.

,

Elmustafa

,

A. A.

,

Tambwe

,

M. F.

, and

Stone

,

D. S.

, 2000, “

Теплопроводность пленок нанокристаллического оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, в зависимости от размера зерна, выращенных методом металлоорганического химического осаждения из паровой фазы

»,

Заяв. физ. лат.

0003-6951,

77

(

8

), с.

9.

CLARKE

,

D. R.

и

LEVI

,

C. G.

, 2003, «

Materials Design для Material For The Darier

,

,

,

,

,

. Анну. Преподобный Матер. Рез.

1531-7331,

33

, стр.

383

–

417

.

10.

Yang

,

H. S.

,

Bai

,

G. R.

,

Thomson

,

L. J.

, and

Eastman

,

J. A.

, 2002, “

Межфазное тепловое сопротивление в нанокристаллическом оксиде циркония, стабилизированном оксидом иттрия

»,

Acta Mater.

1359-6454,

50

(

9

), с.

11.

Zeng

,

T.

, and

Chen

,

G.

, 2001, “

Phonon Heat Conduction in Thin Films: Impacts of Thermal Boundary Resistance and Internal Выработка тепла

»,

ASME J. Теплопередача

0022-1481,

123

(

2

), стр.

340

–

347

.

12.

Stoner

,

R. J.

, and

Maris

,

H. J.

, 1993, “

Kapitza Conductance and Heat Flow Between Solids at Temperatures From 50 to 300 K

”,

Физ. Ред. B

0163-1829,

48

(

22

), с.

13.

CLARKE

,

D. R.

и

Phillpot

,

S. R.

, 2005, «

Thermal Barrier Hail Сегодня

1369-7021,

8

(

6

), стр.

22

–

29

.

14.

Yang

,

H. S.

,

Kim

,

J. W.

,

Park

,

G. H.

,

Kim

,

C. S.

,

Кихм

,

К.

,

Ким

,

С. Р.

,

0013

,

K. C.

и

Hong

,

K. S.

, 2007, «

Межпородный эффект» на термическую проводимость Y2O3 Shin Plims, нанесенные на AL2O

. Acta

0040-6031,

455

(

1-2

), с.

15.

Падчер

,

Н.О.

,

Gell

,

M.

, and

Jordan

,

E. H.

, 2002, “

Thermal Barrier Coatings for Gas Turbine Engine Applications

,”

Science

0036-8075,

296

, стр.

280

–

284

.

16.

Кэхилл

,

Д. Г.

,

Bullen

,

A.

и

LEE

,

S. M.

, 2000, «

Главная теплопроводности и термическая проводимость MultiLayer Shine Films

, 9001, 9001, 900, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001, 9001,

. – Высокий пресс.

0018-1544,

32

, стр.

135

–

142

.

17.

Костеску

,

Р. М.

,

Cahill

,

D. G.

,

Fabreguette

,

F. H.

,

Sechrist

,

Z. A.

, and

George

,

S. M.

, 2004 , «

Сверхнизкая теплопроводность в наноламинатах W/Al2O3

»,

Science

0036-8075,

303

, 09012 9090 903

990

.

18.

Chiritescu

,

C.

,

Cahill

,

D. G.

,

Nguyen

,

N.

,

Johnson

,

D.

,

BODAPATI

,

A.

,

Keblinski

,

P.

и

ZSCHCACK

и

ZSCHCACK

и

ZSCHCACK

и

ZSCHCACK0072 ,

P.

, 2007, “

Ultralow Thermal Conductivity in Disordered, Layered WSe2 Crystals

,”

Science

0036-8075,

315

, pp.

351

–

353

.

19.

Kumar

,

S.

и

Drummond

,

C. H.

, 1992, «

Critericalization of Composition in the Composition in yemposition

,«

Criteralization of Composition in yemposition in the Composition in the Composition in the Composition in the Composition

,

.0013

»,

J. Mater. Рез.

0884-2914,

7

(

4

), с.

20.

Welch

,

J. H.

, 1960, “

A New Interpretation of the Mullite Problem

,”

Nature (London)

0028-0836,

186

, стр.

545

–

546

.

21.

Levin

,

E. M.

,

Robbins

,

C. R.

, and

Mcmurdie

,

H. F.

, 1974,

Phase Diagrams for Ceramists

, Том.

1

,

M. K.

Reser

, изд.,

Американское керамическое общество

,

Колумбус, Огайо

, стр.

130

–

131

.

22.

Cahill

,

D. G.

, 1990, «

Измерение теплопроводности от 30 до 750 K: метод 3ω

. S.

2». Инструм.

0034-6748,

61

, стр.

802

–

808

.

23.

МакКоннелл

,

А. Д.

и

Goodson

,

K.E.

, 2005, «

Теплопроводность в кремниевых микро- и наноструктурах

»,

3 Annu 9.0013 Теплообмен

1049-0787,

14

, стр.

129

–

168

.

24.

Ли

,

С. М.

и

Кэхилл

,

Д. Г.

, 1997, «

Теплоперенос в тонких диэлектрических пленках

»,

J. Appl. физ.

0021-8979,

81

(

6

), с.

25.

Cahill

,

D. G.

,

Katiyar

,

M.

, and

Abelson

,

J. R.

, 1994, «

Теплопроводность тонких пленок a-Si:H

»,

Phys. B

0163-1829,

50

(

9

), стр.

6077

– 907
60801

26.

Yamane

,

T.

,

Nagai

,

N.

,

Takayana

,

S.

, and

Tokodi

,

M.

, 2002, «

Измерение теплопроводности тонких пленок диоксида кремния с использованием метода 3ω

»,

J. Appl. физ.

0021-8979,

91

(

12

), с.

27.

Гриффин

,

А. Дж.

, младший,

Бротцен

,

Ф. Р.

, и

Loos

,

P. J.

, 1994, «

Эффективная поперечная теплопроводность тонких аморфных пленок Si3N4

3», 9013 3,

физ.

0021-8979,

76

(

7

), с.

28.

Альварес-Кинтана

,

Дж.

и

Родригес-Вьехо

,

J.

, 2008, «

Межфазные эффекты на теплопроводность тонких пленок a-Ge, выращенных на кремниевых подложках

»,

J. Appl. физ.

0021-8979,

104

(

7

), с.

074903

.

29.

Mengucci

,

P.

,

Barucca

,

Carica

1, 3013

0013

,

A. P.

,

Di Cristoforo

,

A.

,

Leggieri

,

G.

,

Lunches

,

A.

, and

Maijnia

,

G.

, 2005, «

Влияние отжига на микроструктуру тонких пленок оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, осажденных методом лазерной абляции»0013

0040-6090,

478

(

1-2

), с.

30.

Cahill

,

D. G.

и

POHL

,

R. O.

, 1988, «

Lattic . Преподобный физ. хим.

0066-426Х,

39

, стр.

93

–

121

.

31.

Zhang

,

Вт. Межфазный перенос фононов в гетероструктурах Si–Ge с использованием метода атомистической функции Грина

»,

ASME J. Теплопередача

0022-1481,

129

(

4

), стр.

483

–

491

.

32.

Abramson

,

A.

,

Tien

,

C.

, and

Majumdar

,

A.

, 2002, “

Interface и влияние деформации на теплопроводность гетероструктур: исследование молекулярной динамики

»,

ASME J. Теплопередача

0022-1481,

124

(

5

), стр.

963

–

97013.

33.

Swartz

,

E. T.

и

POHL

,

R. O.

, 1989, «

R. физ.

0034-6861,

61

, стр.

605

–

668

.

34.

Богардус

,

E. H.

, 1965, “

Константы упругости третьего порядка Ge, MgO и плавленого SiO2 9,013 9,013

физ.

0021-8979,

36

(

8

), с.

35.

Палко

,

Дж. В.

,

Kriven

,

W. M.

,

Sinigeiking

,

S. V.

,

Bass

,

J.