آیا فلز محافظ حرارتی خوبی است؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3222

سپاس: 5492

جنسیت:

تماس:

آیا فلز محافظ حرارتی خوبی است؟

پست توسط rohamavation »

اگر فلز به روشی خاص استفاده شود، در واقع می تواند به عنوان یک سپر حرارتی خوب عمل کند. در عین حال، اگر فلز به روشی متفاوت استفاده شود، می تواند به عنوان یک هیت سینک خوب عمل کند که برعکس یک محافظ حرارتی است.
سپر حرارتی فلزی و سینک حرارتی
فلز بسته به نحوه استفاده از آن می تواند هم به عنوان یک محافظ حرارتی خوب و هم به عنوان یک هیت سینک خوب عمل کند.
سه راه برای انتقال گرما از مکانی به مکان دیگر وجود دارد: از طریق تابش، از طریق رسانش و از طریق همرفت. تشعشعات حرارتی از امواج الکترومغناطیسی تشکیل شده است که به دلیل دمای آنها از اجسام ساطع می شود. تابش حرارتی انرژی را حمل می کند و بنابراین گرما را منتقل می کند. از آنجایی که تابش حرارتی نوعی نور است، در خطوط مستقیم به بیرون پرتاب می شود، به راحتی در فضای آزاد حرکت می کند و به راحتی توسط مواد مسدود می شود. گرمایی که هنگام نشستن در نزدیکی آتش کمپ احساس می کنید به دلیل تشعشعات حرارتی است که از آتش منتشر می شود. رسانایی انتقال گرما بین دو جسم از طریق تماس مستقیم است. گرمایی که هنگام برداشتن یک لیوان کاکائو داغ احساس می کنید به دلیل رسانایی است. همرفت انتقال گرما از طریق حرکت توده ای سیال است. گرمایی که وقتی صورت خود را بالای یک لیوان کاکائو داغ قرار می دهید به دلیل همرفت است.
ویژگی کلیدی که فلز را متمایز می کند، وجود تعداد زیادی الکترون است که به طور مؤثری آزادانه در اطراف حرکت می کنند. این خاصیت باعث می شود که فلزات رسانای الکتریکی خوبی باشند، به همین دلیل است که فلز در مدارهای الکتریکی بسیار زیاد است. این ویژگی همچنین به فلزات خواص گرمایی جالبی می دهد. از آنجایی که الکترون‌های رسانش در فلزات آزادانه حرکت می‌کنند، می‌توانند به سرعت و به راحتی به میدان‌های الکترومغناطیسی موج‌دار موجود در تابش حرارتی پاسخ دهند. این پاسخ قوی منجر به انعکاس قوی تابش حرارتی می شود. این تا حدودی شبیه به این است که چگونه یک بازیکن بیسبال چابک و بدون مانع می تواند توپ ها را به سرعت و به طور موثر به داخل زمین بازگرداند. به همین دلیل، فلزات سپر بسیار خوبی در برابر تشعشعات حرارتی هستند. اگر راه اصلی انتقال گرما در یک سیستم خاص از طریق تشعشعات حرارتی باشد، فلزات سپرهای حرارتی عالی هستند. توجه داشته باشید که فلز تنها زمانی بیشتر تابش حرارتی را منعکس می کند که فلز به اندازه کافی ضخیم باشد. به ضخامت یک میلی متر یا بیشتر. اگر فلز بیش از حد نازک باشد، تشعشعات حرارتی می تواند در فرآیندی به نام تونل زنی موج از فلز نشت کند.
الکترون های آزاد در فلزات نیز فلزات را رسانای گرمایی خوبی می کند. الکترون ها می توانند انرژی را در یک نقطه جذب کنند و سپس آزادانه به نقطه دیگر حرکت کنند و انرژی گرمایی را با خود حمل کنند. بنابراین، اگر فلزی در تماس مستقیم با جسم داغ باشد، به سرعت گرما را از جسم دور می کند. اگر راه اصلی انتقال گرما در یک سیستم خاص از طریق رسانایی باشد و اگر فلز در تماس با جسم داغ باشد، فلز محافظ حرارتی ضعیفی است.
ما قبلاً به تشعشعات گرمایی و هدایت حرارتی نگاه کرده ایم. در هر دو مورد، الکترون های آزاد در فلزات نقش مهمی دارند. برای آخرین مکانیسم انتقال گرما، همرفت، الکترون‌های آزاد نقشی ندارند. همرفت نیاز به یک ماده سیال دارد که بتواند در اطراف حرکت کند. به طور معمول، فلزات جامد هستند، سیال نیستند، و بنابراین در همرفت شرکت نمی کنند. علاوه بر این، حتی اگر هوا یا آب به عنوان سیالی عمل کند که همرفت را ممکن می کند، قطعات جامد بزرگ فلز می توانند هوا یا آب را مسدود کرده و از حرکت آن در اطراف جلوگیری کنند. اگر راه اصلی انتقال گرما در یک سیستم خاص از طریق همرفت حرارتی باشد، یک قطعه جامد بزرگ فلزی می تواند یک محافظ حرارتی عالی باشد. اگر فلز دارای سوراخ‌ها یا کانال‌های زیادی باشد که به سیالات اجازه عبور می‌دهد، از نظر جابجایی سپر حرارتی ضعیفی خواهد بود.
در واقعیت، هر سه مکانیسم انتقال حرارت معمولاً وجود دارند. این بدان معنی است که فلز بسته به نحوه استفاده از آن می تواند یک محافظ حرارتی خوب، یک محافظ حرارتی متوسط ​​یا یک محافظ حرارتی بد باشد.
بر اساس بحث بالا، اکنون می‌توانیم تعیین کنیم که چگونه فلز را به یک محافظ حرارتی خوب تبدیل کنیم. باید از ورق فلزی بزرگی استفاده کنیم که هیچ سوراخ و کانالی نداشته باشد. با قرار دادن این ورقه فلزی در اطراف منبع گرما، تابش حرارتی ایجاد شده توسط منبع گرما را منعکس می کند و قسمت زیادی از همرفت حرارتی را مسدود می کند. در عین حال، از آنجایی که فلزات رسانای حرارتی خوبی هستند، باید مراقب باشیم که فلز در تماس مستقیم با منبع گرما قرار نگیرد. باید یک شکاف هوا بین فلز و منبع گرما وجود داشته باشد. این برای جلوگیری از انتقال گرما از منبع از طریق رسانایی فلز است. اگر تمام این مراحل انجام شود، هر سه حالت انتقال حرارت مسدود شده و فلز به عنوان یک محافظ حرارتی عالی عمل می کند.
به عنوان مثال، در نظر بگیرید که به تازگی یک بوقلمون پخته اید و می خواهید آن را گرم نگه دارید. با احاطه کردن بوقلمون با سپر حرارتی می توانید از خروج گرما جلوگیری کنید و از سرد شدن بوقلمون جلوگیری کنید. بهترین راه برای انجام این کار این است که یکیک ورق جامد از فویل آلومینیومی و دور بوقلمون بپیچید و مراقب باشید که فاصله کمی از هوا بین بوقلمون و فویل وجود داشته باشد. فویل تابش حرارتی را به داخل بوقلمون منعکس می‌کند، جریان‌های همرفت حرارتی را مسدود می‌کند و شکاف هوا تضمین می‌کند که فلز گرما را از بین نمی‌برد.
در مقابل، ما همچنین می‌توانیم فلز را به گونه‌ای بسازیم که یک محافظ حرارتی ضعیف یا به عبارت دیگر یک هیت سینک خوب باشد. اول از همه، باید سوراخ ها یا کانال های زیادی را در فلز قرار دهیم تا جریان های همرفتی از آن عبور کنند. شکل دادن به فلز به گونه‌ای که باله‌ها، میخ‌ها، سوراخ‌ها و کانال‌های زیادی داشته باشد، همرفت را افزایش می‌دهد و همچنین سطحی را که فلز می‌تواند از طریق آن گرما را به هوا منتقل کند، افزایش می‌دهد. ثانیاً باید فلز را در تماس مستقیم با منبع حرارت قرار دهیم تا بتوانیم از رسانایی حرارتی بالای فلز استفاده کنیم. در نهایت، باید فلز را بسیار نازک کنیم تا تشعشعات حرارتی از آن نشت کند. با این حال، فلز بسیار نازک معمولاً برای حفظ شکل آن بسیار ضعیف است، بنابراین این مرحله آخر اغلب نادیده گرفته می شود. هنگامی که این رویکردها اعمال می شود، فلز مانند یک هیت سینک بسیار خوب و یک محافظ حرارتی بسیار ضعیف عمل می کند.
برای مثال، واحد پردازش مرکزی یک کامپیوتر را در نظر بگیرید. مقدار زیادی برق از طریق تراشه های اصلی رایانه عبور می کند که به سرعت گرم می شوند. اگر گرما به طور موثر از تراشه های کامپیوتری منتقل نشود، می سوزند. به همین دلیل، معمولاً یک هیت سینک به تراشه های اصلی متصل می شود. هیت سینک معمولاً فقط یک تکه فلز است که به گونه ای شکل می گیرد که باله ها و کانال های زیادی دارد و در تماس مستقیم با تراشه های رایانه قرار می گیرد. علاوه بر این، معمولاً یک فن در بالای آن قرار می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که هوا به طور مداوم در فلز می‌وزد و تأثیر همرفت را افزایش می‌دهد.
به طور خلاصه، به دلیل خواص منحصر به فرد فلز، می تواند یک محافظ حرارتی عالی (مانند زمانی که فویل آلومینیومی دور غذای گرم پیچیده می شود) یا یک هیت سینک عالی (مانند زمانی که باله های فلزی به تراشه های کامپیوتر متصل می شوند) باشد.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست