材料の熱的性質

「材料の熱特性」という用語は、温度または熱の影響を受ける材料の特性または機能を指します。固体の熱特性は、熱や温度の増減などの熱変化に対する固体物質の応答として定義されます。

温度変化と熱の適用に対する材料の感度は、熱特性と呼ばれます。固体は熱の形でエネルギーを吸収するため、温度が上昇し、寸法が膨張します。

熱特性

固体、液体、または気体に熱が加えられると、熱特性は材料に依存する応答と結び付けられます。温度上昇、相転移、長さまたは体積の変化、化学反応の開始、またはその他の物理量または化学量の変化はすべて、この反応の例です。

温度と熱

温度とは、定義によると、暑さと寒さを測定する程度です。

一方、熱は、システムとその周囲との間の差異を修正するために、システムの境界を越えて輸送されるエネルギーです。

注:熱と温度は同じものではありません。熱は水に投入するエネルギーであり、温度は水に投入するエネルギーの量です。

材料の熱特性

以下は、マテリアルのさまざまな熱特性です:

比熱

比熱の属性によって、どの物質が急速に熱くなるかが決まります。結果として、比熱は、1 単位質量で 1 単位度を変化させるのに必要な熱量です。記号は「s」で、単位はジュール/kg ケルビンです。

数式:

1m(ΔQΔT)

どこ

∎ m=質量

∎ T=温度

∎ Q=エネルギー含有量

注:比熱はすべての材料で異なります。

熱容量

物質の熱容量は、1 度の単位変化をもたらすために必要な熱エネルギーの量を決定する材料の特徴です。

この場合、物質全体の温度を 1 度上昇させるのに必要な熱量について話しています。記号は(H)で、単位はジュール/ケルビンです。

数式:

H=m×s=ΔQ/ΔT

熱膨張

物質に熱エネルギーが加えられると、膨張します。これを熱膨張と呼びます。つまり、その次元は変化しており、あらゆる方向に変化しています。

これを線形的に見ると、線形膨張と呼ばれます。領域で見ると、領域拡張と呼ばれます。ボリュームで話す場合は、ボリューム拡張と呼びます。

原子間力が熱膨張を支配します。温度が上昇すると、分子間のスペースが拡大し、分子のサイズが大きくなります。

温度が上昇したため、そのエネルギーが増加し、分子に振動が生じ、分子が膨張しました。

熱膨張には 3 つのタイプがあります:

熱伝導率

熱伝導率は、熱エネルギーが自由に移動できるようにする材料特性です。これらの材料では、これが材料の熱伝導能力を決定します。

材料が熱を伝導することを可能にする熱材料の量は、材料からどれだけの熱を通過させることができるかを示します。これは、材料の熱伝導率と呼ばれます。

単位はワット/メートル ケルビンで、K と表示されます。

融点

物質の融点は、物質が固体から液体に変化する温度です。純金属の融点は一定ですが、合金の融点は変動します。

また、それをまとめている力にも依存します。融点が高いほど結合力が強くなります。共有結合はイオン結合よりも高い温度で融解し、最終的に形成される金属分子結合です。

ヒューズ ワイヤ、ヒューズ プラグ、ボイラー安全装置などの安全装置は融点が低いです。

熱拡散率

熱拡散率は、熱容量に対する熱伝導率の比率です。材料に熱を与えると、熱拡散率は、熱が材料の反対側の端にどれだけ速く分配されるかを示します。

これは、材料への熱供給の拡散率が高い場合、熱が急速に分散されることを意味します。

例:角から加熱するロッドがあるので、そこは 100 度です。

そのため、熱拡散率が高い場合、金属は反対側で短時間で摂氏 100 度に達します。これらの方法を使用すると、熱がすばやく分散されます。

熱拡散率の高い素材は、定常状態を確立するために熱環境の変化に迅速に対応します。

耐熱衝撃性

物質の温度が急激に変化するとき、これがその状態です。

耐熱衝撃性とは、急激な温度変化に直面しても体が変化しない能力を指します。

たとえば、延性材料は脆性材料よりも耐熱衝撃性に優れています。

結論

温度または熱によって変化する材料の品質または属性は、「材料の熱特性」と呼ばれます。熱や温度の増減などの熱変化に対する固体物質の応答は、その熱特性として知られています。

熱特性は、熱が固体、液体、または気体に伝達されるときの材料依存の応答に関連しています。この応答は、温度上昇、相転移、長さまたは体積の変化、化学反応の開始、またはその他の物理的または化学的特性の変化である可能性があります。

一方、熱は、システムとその周囲との差を変えるために、システムの境界を越えて運ばれるエネルギーです。