کدام فلزات گرما را بهتر هدایت می‌کنند / فلزات رسانای حرارتی

رسانایی حرارتی فلزات معرف قدرت توانایی آن‌ها برای هدایت گرما است. این ویژگی در انواع فلزهای مختلف متفاوت است و در کاربردهایی که دمای عملیاتی بالا رایج است اهمیت فوق‌العاده بالایی پیدا می‌کند. در برخی فلزات خالص هدایت گرمایی با افزایش دما ثابت می‌ماند. اما در آلیاژها وقتی دما افزایش پیدا می‌کند، رساناییحرارتی نیز بیشتر می‌شود.

کدام فلزات گرما را بهتر هدایت می‌کنند؟

در ادامه هدایت گرمایی برخی از رایج ترین انواع فلزات را مشاهده می‌کنیم :

• مس : ۲۲۳
• آلومینیوم : ۱۱۸
• برنج : ۶۴
• فولاد : ۱۷
• برنز : ۱۵

همانطور که می‌بینید در میان فلزات رایج، مس و آلومینیوم از بیش ترین رسانایی حرارتی برخوردار هستند؛ در حالی که فولاد و برنز پایین ترین اعداد را به خود اختصاص می‌دهند و برنج نیز در رده های میانی است. هرگاه بخواهیم برای یک کاربرد خاص بهترین نوع فلز را انتخاب کنیم، توجه به رسانایی گرمایی فلز مورد نظر یکی از مهم ترین عواملی است که باید در تصمیم گیری به آن توجه کنیم. از آنجایی که مس یک رسانای عالی گرما است برای مبدل‌های حرارتی، سینک‌های حرارتی و حتی کف قابلمه‌ها پخت و پز یک گزینه بسیار مناسب است. از طرف دیگر از آنجایی که فولاد رسانای ضعیفی برای گرما محسوب می‌شود برای محیط‌های با دمای بالاتر مثل موتور هواپیما مناسب تر خواهد بود.

اهمیت رسانایی حرارتی در مبدل‌های حرارتی

مبدل حرارتی یک کاربرد فوق العاده رایج فلزات محسوب می‌شود که مسئله هدایت گرمایی در آن حائز اهمیت فراوان است. اساس عملکرد مبدل‌های حرارتی انتقال گرما به منظور گرمایش یا سرمایش است. برای راه‌اندازی مبدل‌های حرارتی در تاسیسات صنعتی مثل تهویه مطبوع، تبرید، مخازن آب گرم و سیستم‌های گرمایش از کف، ورق مس یکی از انتخاب‌های محبوب به شمار می‌رود. رسانایی حرارتی بالای این فلز گرما را به سرعت از خود عبور می‌دهد و در کنار آن از قابلیت‌های دیگری مثل مقاومت در برابر خوردگی، رسوب زیستی، تنش و انبساط حرارتی برخوردار است. همچنین می‌توان از ورق فلز آلومینیوم به عنوان یک جایگزین مقرون به صرفه برای مس در مبدل‌های حرارتی استفاده کرد.

می‌پرسید مبدل‌های حرارتی در چه شرایطی کاربرد دارند؟ این بخش را تا انتها مطالعه کنید…

• تاسیسات صنعتی

مبدل‌های حرارتی در تاسیسات صنعتی مواردی چون نیروگاه‌های فسیلی و هسته‌ای، نیروگاه‌های شیمیایی، نیروگاه‌های نمک‌زدایی و خدمات دریایی را شامل می‌شوند.

در تاسیسات صنعتی برای ساخت لوله‌ مبدل حرارتی از آلیاژ مس نیکل استفاده می‌شود. این آلیاژ مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد که از لوله در برابر خورده شدن در معرض آب شور محافظت می‌کند. همچنین در برابر رسوب زیستی و تشکیل جلبک‌ها و خزه‌های دریایی مقاومت قابل قبولی از خود نشان می‌دهد. آلیاژ آلومینیوم برنج نیز خواص مشابهی دارد و می‌توان از آن به عنوان فلز جایگزین استفاده کرد.

• سیستم گرمایش آب با انرژی خورشیدی

آبگرمکن‌های خورشیدی روشی مقرون به صرفه برای گرم کردن آب هستند. در این سیستم‌ها از یک لوله مسی برای انتقال انرژی حرارتی خورشید به آب استفاده می‌شود. زیرا این فلز از رسانایی حرارتی بالا، مقاومت خوب در برابر خوردگی هوا و آب و استحکام مکانیکی قابل قبولی برخوردار است.

• آبگرمکن‌های گازی

مبدل‌های حرارتی گازی گرمایی که از سوخت‌های گازی تولید می‌شود را به آب منتقل می‌کنند. از این مبدل‌ها در بویلرهای مسکونی و تجاری استفاده می‌شود. در آبگرمکن‌های گازی به دلیل رسانایی گرمایی بالاتر و سهولت فرایند ساخت ترجیحا از فلز مس استفاده می‌شود.

• گرمایش و سرمایش هوای اجباری

پمپ‌های حرارتی با جریان هوای اجباری از دیرباز برای گرمایش محیط‌های مسکونی و تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. اساس کار این پمپ‌ها تبادل حرارت هوا به هوا از طریق واحدهای اواپراتور است و می‌توان از آن‌ها در کوره‌های چوبی، دیگ‌ها و اجاق‌ها استفاده کرد. باز هم فلز مس به دلیل هدایت حرارتی بالایی که دارد یکی از بهترین گزینه‌ها در این کاربرد به شمار می‌رود.

• اهمیت رسانایی حرارتی در هیت سینک

هیت سینک‌ها نوعی مبدل حرارتی هستند که گرمای تولید شده توسط یک وسیله الکترونیکی یا مکانیکی را به یک سیال خنک‌کننده متحرک منتقل می‌کنند. سیال گرمای دستگاه را دفع کرده و به خنک کردن آن کمک می‌کند. در این کاربرد از فلزات با رسانایی حرارتی بالا استفاده می‌شود.

در کامپیوترها برای خنک کردن واحد پردازش مرکزی یا پردازنده‌های گرافیکی از هیت سینک استفاده می‌شود. همچنین در دستگاه‌های پر قدرت مثل ترانزیستورهای قدرت، لیزرها و دیودهای ساطع کننده نور (LED) از سینک حرارتی استفاده می‌شود.

هدف از طراحی هیت سینک‌ها به حداکثر رساندن سطح تماس با سیال خنک‌کننده است. از آنجا که قیمت آلومینیوم کمتر از مس است، آلیاژهای آلومینیوم متداول‌ترین متریال برای ساخت هیت سینک هستند. با این حال جایی که سطوح بالاتری از رسانایی حرارتی مورد نیاز است، از فلز مس استفاده می‌شود. در برخی از هیت سینک‌ها از پره‌های آلومینیومی ترکیبی با پایه مسی استفاده می‌شود.

• اهمیت رسانایی حرارتی در لوازم پخت و پز

مهم‌ترین کاربرد خانگی فلزات با هدایت حرارتی خوب در ظروف پخت و پز است. وقتی غذا را برای گرم کردن روی اجاق می گذاریم انتظار داریم خیلی زود گرم شود. به همین دلیل است که معمولا از فلز مس در کف ظروف پخت و پز استفاده می‌شود؛ زیرا این فلز به سرعت گرما را هدایت کرده و آن را به طور کاملا یکنواخت در سطح پخش می‌کند.

با این حال اگر نمی‌خواهید مبلغ زیادی بپردازید می‌توانید از ظروف آلومینیومی به عنوان یک جایگزین مناسب برای مس استفاده کنید. در نظر داشته باشید که در این صورت ممکن است کمی بیشتر طول بکشد تا غذای شما گرم شود.