Quali sono le proprietà termiche e cosa sono? (Con esempi)

Proprietà termiche di ferro Rendilo in metallo per eccellenza per produrre molte parti e strutture

Cosa sono le proprietà termiche?

IL Proprietà termali I materiali consistono nelle loro risposte alle variazioni di temperatura. Ad esempio, è noto che la maggior parte delle sostanze si espande quando si riscaldano e si contrae quando si raffredda.

Il design dei pezzi più diversi richiede l'uso di materiali con determinate proprietà termiche, al fine di garantire il funzionamento corretto. Molte parti meccaniche sono esposte a calore intenso durante il funzionamento e devono mantenere le loro dimensioni e la struttura di fronte agli sforzi a cui sono sottoposti.

Anche altri materiali di materiali, oltre alla meccanica, come le proprietà elettriche e magnetiche, sono influenzati dalle variazioni di temperatura. Da qui l'importanza di conoscerli.

Tra le principali proprietà termiche ci sono la capacità termica, la conducibilità termica, la dilatazione termica, la fusibilità e la saldabilità. Le sue caratteristiche principali sono brevemente descritte di seguito.

1. Capacità termica

È la proprietà che indica quanto sia facile che un determinato materiale assorbe il calore. Matematicamente, la capacità termica C è definita come il tasso di variazione di calore che rispetto alla temperatura t:

C = dq /dt

L'unità di misura di C nel sistema internazionale di unità se è il joule /kelvin o j /k, ma viene utilizzata anche il joule /grade Celsius o J /Cº.

Definita in questo modo, la capacità termica è di proprietà dell'oggetto e non del materiale, ma se la massa è inclusa e la capacità termica per unità di massa è definita, allora esiste una proprietà del materiale chiamato calore specifico o Capacità calorica specifica.

Il calore specifico nelle unità SI è la quantità di calore nei joule necessari per aumentare la temperatura di 1 kg di sostanza in 1 kelvin. È indicato con la lettera "C" minuscola, per distinguerla da c:

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C = dq /m ∙ dt

Altre unità C che vengono spesso utilizzate sono J/mol. K e J/kg. Cº. Allo stesso modo, le calorie e la BTU sono ampiamente utilizzate, altre unità per misurare l'energia calorica. Viene misurato il calore specifico nei gas, a volume costante o pressione costante.

Calore dell'acqua specifico

Il calore specifico della pressione atmosferica e la temperatura di 25 ° C è 4190 J/kg. Cº, mentre, per un metallo usato frequentemente come il ferro, è 460 J/kg. Cº. Il calore specifico dell'acqua è superiore a quello della maggior parte delle sostanze, quindi ha una maggiore capacità di assorbire il calore o di rinunciare, quindi l'acqua è ampiamente utilizzata nei sistemi di raffreddamento.

Effetto moderatore climatico

L'elevato calore specifico dell'acqua genera un effetto climatico moderatore nelle regioni costiere, evitando variazioni di temperatura molto accentuate.

2. Conduttività termica

Questa proprietà indica l'attitudine di una sostanza per il trasporto di calore, il suo reciproco è resistività termica, che è la resistenza a lasciare passare il calore.

È stato osservato che il flusso di energia per unità di area e unità temporale, è proporzionale al gradiente o alla variazione della temperatura durante la direzione del flusso.

La costante di proporzionalità è conducibilità termica precisamente e, nelle unità del sistema internazionale, è misurata in W /(M /K).

Conduttività termica dei metalli

Ognuno ha mai osservato come gli oggetti metallici facili sono riscaldati e anche come a temperatura ambiente sembrano più freddi di una carta o di un pezzo di legno.

Succede che gli atomi di metallo abbiano elettroni liberi negli strati più esterni, poco legati al nucleo.

Questi elettroni possono spostarsi facilmente all'interno del materiale, sfruttando l'energia termica. Ecco perché i metalli hanno alte conduttività termiche e allo stesso modo, per lo stesso motivo, sono buoni conduttori di elettricità.

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D'altra parte, gas come aria, ceramica, materie plastiche e legno sono poveri conduttori di calore, privi di elettroni liberi. Pertanto, sono buoni isolanti termici.

Nel dispetto. È seguito da metalli come argento e rame, rispettivamente con 429 e 398 W /K (m /k).

3. Dilatazione termica

Quasi tutte le sostanze si espandono quando riscaldano e si contraggono durante il raffreddamento. Nei solidi ci sono forze tra gli atomi che mantengono la coesione, che possono essere immaginate come molle che si collegano agli atomi.

All'interno del materiale, gli atomi non sono ancora, ma in costante vibrazione attorno a una posizione di equilibrio. Aumentando la temperatura, l'ampiezza di questa vibrazione diventa maggiore.

Ora, succede che queste sorgenti immaginarie che uniscono gli atomi si allungano più facilmente di quanto possano ottenere. Quindi, la distanza media tra gli atomi è aumentata con la temperatura e il materiale finisce per espandersi.

In una bordo sottile fatta di un determinato materiale, la variazione della sua lunghezza quando riscaldata, chiamata ΔL, è proporzionale alla lunghezza iniziale dell'asta L_O e per cambiare la temperatura Δt. La costante di proporzionalità è il coefficiente di espansione lineare α, le cui unità sono inverse inversa ed è caratteristica della sostanza:

ΔL = α ∙ l_O∙ Δt

Allo stesso modo, la dilatazione termica superficiale può essere definita, come quella sperimentata da un foglio sottile e dilatazione termica volumetrica, che sperimenta qualsiasi oggetto tridimensionale.

Esempi di dilatazione termica

Quando viene pagata una strada o i ciottoli vengono posizionati sul marciapiede, viene lasciato uno spazio tra i dipinti, in modo che quando si scaldano il sole durante l'estate, hanno spazio per l'espansione, senza scoppiare.

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Inoltre, una strategia per aprire una bottiglia con il coperchio molto stretto è quella di riscaldarla un po 'immergendola in acqua calda. In questo modo il coperchio si espande ed è più facile svitarlo dopo.

4. Fusibilità

Ci sono sostanze che si fondono quando il riscaldamento, come metalli, materie plastiche e vetro. In realtà, tutte le sostanze, in misura maggiore o minore, sono fusibili, cioè possono sciogliere o sciogliere. La facilità con cui si ottiene si chiama appena fusibile, ma definendo questa caratteristica, ciò che viene richiesto sono materiali appropriati per ottenere pezzi sani.

In questo senso, materiali come bronzo e ottone sono adatti a questo compito, perché con loro si ottiene una buona fluidità e gli stampi sono ben copiati.

D'altra parte, la lega utilizzata nella saldatura deve avere un'alta fusibilità (bassa temperatura di fusione) rispetto ai materiali da saldare.

Le leghe di stagno e piombo sono buone per unire i pezzi attraverso una saldatura morbida, in cui viene fusa la lega, che quando il raffreddamento acquisisce una buona resistenza. In questo modo puoi saldare parti per motori, giocattoli, cavi, circuiti e altro ancora.

5. Saldabilità

È la capacità dei pezzi dello stesso materiale o di materiali diversi, di aderire l'uno all'altro, attraverso il riscaldamento e la compressione. Può essere fatto riscaldando direttamente i pezzi fino a raggiungere la temperatura di fusione o usando un materiale intermedio che consente l'adesione.

Lo scopo è quello di ottenere parti saldate per mantenere la loro integrità, senza presentare fessure, tensioni o deformazioni che influenzano il funzionamento del pezzo saldato.

I metalli come il ferro hanno una buona saldabilità, nonché l'acciaio a basso contenuto di carbonio. Invece, metalli e leghe che si scioglie rapidamente non sono saldabili, cioè senza passare attraverso un periodo di plastica. Il bronzo, ad esempio, è una lega a base di stagno con altri minerali, che normalmente è difficile da saldare.