ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

100 mm

1. ΓΖΟΑΓΩΓΕ

Θενμηθή ηδηόηεηα = απόθνηζε εκόξ οιηθμύ ζηεκ εθανμμγή ζενμόηεηαξ

Έκα ζηενεό απμννμθά εκένγεηα με ηε μμνθή ζενμόηεηαξ

⇒ Τ θαη μη δηαζηάζεηξ ημο

(zirconium tungstate -"negative thermal expansion“)

Δεζηέξ πενημπέξ Γκένγεηα Σοπνέξ πενημπέξ

Αθναία πενίπηςζε 𝚻 ≥ 𝚻𝒎 ⇒ ημ δμθίμημ ιηώκεη

Θενμηθέξ ηδηόηεηεξ – ζενμμπςνεηηθόηεηα

- ζενμηθή δηαζημιή

- ζενμηθή αγςγημόηεηα

Γηα ελανηήμαηα πμο εθηίζεκηαη ζε ορειέξ/παμειέξ Τ , ζε ζενμηθέξ

μεηαβμιέξ ε ζε ζενμηθέξ βαζμίδεξ μ μεπακηθόξ ζπεδηαζηήξ πνέπεη κα

γκςνίδεη ηηξ ζενμηθέξ απμθνίζεηξ ηςκ οιηθώκ

Από ηηξ ηνείξ βαζηθέξ θαηεγμνίεξ οιηθώκ, ηα θεναμηθά είκαη ηα πημ

εοαίζζεηα ζε ζενμηθά ζμθ (δεμημονγμύκηαη εζςηενηθέξ ηάζεηξ ςξ

απμηέιεζμα απόημμςκ αιιαγώκ ζηε ζενμμθναζία -> ραζονή ζναύζε)

Ε εοαηζζεζία ημο θεναμηθμύ οιηθμύ ζημ ζενμηθό ζμθ είκαη μία ζοκάνηεζε ηςκ

ζενμηθώκ θαη μεπακηθώκ ηδημηήηςκ ημο : ζοκηειεζηήξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ,

ζενμηθή αγςγημόηεηα, μέηνμ ειαζηηθόηεηαξ, ακημπή ζηε ζναύζε

2. ΘΓΞΙΜΩΞΕΠΖΗΜΠΕΠΑ

Θένμακζε εκόξ ζηένεμο οιηθμύ -> απμννόθεζε εκένγεηαξ

-> αύλεζε ηεξ ζενμμθναζίαξ ημο

Θενμμπςνεηηθόηεηα C = ηθακόηεηαξ εκόξ οιηθμύ κα απμννμθά εκένγεηα από

(heat capacity) ημ ελςηενηθό πενηβάιιμκ

= ημ πμζό ηεξ εκένγεηαξ πμο απαηηείηαη γηα ηεκ

αύλεζε ηεξ Τ θαηά μηα μμκάδα

𝐶 =𝑑𝑄

𝑑𝑇

𝑑𝑄 = εκένγεηα πμο απαηηείηαη γηα ζενμμθναζηαθή μεηαβμιή θαηά dT

Ιμκάδεξ : J/mol · Η, cal/mol · Η

Γηδηθή ζενμόηεηα c (specific heat) = ζενμμπςνεηηθόηεηα ακά μμκάδα μάδαξ

Ιμκάδεξ c = J/kg · Η, cal/g · Η

Ρπάνπμοκ δύμ ηνόπμη μέζς ηςκ μπμίςκ μπμνεί κα μεηνεζεί ε

ζενμμπςνεηηθόηεηα ακάιμγα με ηηξ (πενηβάιιμοζεξ) ζοκζήθεξ πμο

ζοκμδεύμοκ ηε μεηαθμνά ζενμόηεηαξ:

(1) Δηαηενώκηαξ ημκ όγθμ ημο δμθημίμο ζηαζενό, Cv

(2) Δηαηενώκηαξ ηεκ ελςηενηθή πίεζε ζηαζενή, Cp

Νάκημηε Cp ≥ Cv - ε δηαθμνά είκαη πμιύ μηθνή γηα ηα πενηζζόηενα ζηενεά

οιηθά ζε Τ πενηβάιιμκημξ θαη παμειόηενεξ Τ

incre

asin

g c

p

• Polymers

Polypropylene Polyethylene Polystyrene Teflon

cp (J/kg-K)

at room T

• Ceramics

Magnesia (MgO)

Alumina (Al2O3)

Glass

• Metals

Aluminum Steel Tungsten Gold

1925 1850 1170 1050

900 486 138 128

Material

940

775

840

ΓΖΔΖΗΕ ΘΓΞΙΜΠΕΠΑ: ΟΡΓΗΞΖΟΕ

2.1 ΔΜΚΕΠΖΗΕ ΘΓΞΙΜΩΞΕΠΖΗΜΠΕΠΑ

Οηα πενηζζόηενα ζηενεά μ θύνημξ ηνόπμξ απμννόθεζεξ ηεξ ζενμηθήξ

εκένγεηαξ είκαη μέζς ηεξ αύλεζεξ ηεξ δμκεηηθήξ εκένγεηαξ ηςκ αηόμςκ

Πα άημμα ζηα ζηενεά οιηθά ηαιακηώκμκηαη ζοκεπώξ ζε πμιύ ορειέξ

ζοπκόηεηεξ θαη με ζπεηηθώξ μηθνά πιάηε

Μη ηαιακηώζεηξ :

- ηςκ γεηημκηθώκ αηόμςκ είκαη ζοδεογμέκεξ ελαηηίαξ ηςκ αημμηθώκ δεζμώκ

- είκαη ζοιιμγηθέξ -> πανάγμκηαη μδεύμκηα πιεγμαηηθά θύμαηα

- ζεςνμύκηαη ειαζηηθά θύμαηα (επεηηθά θύμαηα) - δηαδίδμκηαη εκηόξ

θνοζηάιιμο με ηεκ ηαπύηεηα ημο ήπμο

Ε ζενμηθή εκένγεηα δόκεζεξ = ζεηνά ειαζηηθώκ θομάηςκ, ηα μπμία έπμοκ

έκα εύνμξ ζοπκμηήηςκ

Ιόκμ μνηζμέκεξ ηημέξ εκένγεηαξ είκαη επηηνεπηέξ = ε εκένγεηα είκαη θβακηηζμέκε :

- Ηβάκημ ηεξ εκένγεηαξ δόκεζεξ = θςκόκημ (ακάιμγμ ημο θωηονίοσ)

- Πα δμκεηηθά θύμαηα θαιμύκηαη θςκόκηα

Πα ειαζηηθά θύμαηα ζομμεηέπμοκ ζηε μεηαθμνά εκένγεηαξ θαηά ηεκ αγςγή

ζενμόηεηαξ

2.2 ΘΓΞΙΜΗΞΑΟΖΑΗΕ ΓΛΑΞΠΕΟΕ ΠΕΟ ΘΓΞΙΜΩΞΕΠΖΗΜΠΕΠΑΟ

0 0

Οε παμειέξ T : 𝐶𝑣 = 𝐴𝑇3

Α – ζηαζενά ακελάνηεηε ηεξ Τ

3R Cv = ζηαζενό

Θενμμθναζία Debye (ζοκήζςξ θD< Tδωμαηίοσ)

T (K) θD

Π > ΘD : Cv - ακελάνηεηε ηεξ Τ

𝐶𝑣 = 3R

R = ζηαζενά ηςκ αενίςκ= 8.31 J/mol-K

2.3 ΆΘΘΓΟ ΟΡΚΓΖΟΦΜΞΓΟ ΟΠΕ ΘΓΞΙΜΩΞΕΠΖΗΜΠΕΠΑ

Άιιμη μεπακηζμμί απμννόθεζεξ εκένγεηαξ μη μπμίμη ζοκεηζθένμοκ ζηεκ μιηθή

ζενμμπςνεηηθόηεηα εκόξ ζηενεμύ :

- ε ειεθηνμκηθή ζοκεηζθμνά - ηα ειεθηνόκηα απμννμθμύκ εκένγεηα

αολάκμκηαξ ηεκ θηκεηηθή ημοξ εκένγεηα

(μόκμ ηα ειεύζενα ειεθηνόκηα)

- ε δεμημονγία αηαλίαξ ζηα ειεθηνμκηθά ζπηκ εκόξ ζηδενμμαγκεηηθμύ οιηθμύ

( όηακ ε ζενμμθναζία ημο λεπενκά ηε ζενμμθναζία Curie)

3. ΘΓΞΙΖΗΕ ΔΖΑΟΠΜΘΕ

Πα πενηζζόηενα ζηενεά οιηθά δηαζηέιιμκηαη θαηά ηε ζένμακζε θαη

ζοζηέιιμκηαη όηακ ρύπμκηαη

Ε μεηαβμιή ημο μήθμοξ με ηε ζενμμθναζία γηα έκα ζηενεό οιηθό :

𝑙𝑓 − 𝑙0

𝑙0= 𝑎𝑙(𝑇𝑓 − 𝑇0)

ή

𝛥𝑙

𝑙0= 𝑎𝑙ΔΤ

𝑙0 , 𝑙𝑓 - ακηηζημίπςξ ημ ανπηθό θαη ηειηθό μήθμξ θαηά ηε μεηαβμιή ηεξ

ζενμμθναζίαξ από Τ0 ζε Τf

𝑎𝑙 - γναμμηθόξ ζοκηειεζηήξ ηεξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ

- μμκάδεξ ακηίζηνμθεξ ζενμμθναζίαξ [(μC)-1]

Ε ζένμακζε ή ρύλε επηδνά ζε όιεξ ηηξ δηαζηάζεηξ εκόξ ζώμαημξ -> μεηαβμιή

ημο όγθμο ημο :

𝛥𝑉

𝑉0= 𝑎𝑣ΔΤ

ΔV , 𝑉0 - ακηηζημίπςξ ε μεηαβμιή ημο όγθμο θαη μ ανπηθόξ όγθμξ

αv - θαη’ όγθμ ζοκηειεζηή ηεξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ

- ζε πμιιά οιηθά ε ηημή ημο αl είκαη ακηζμηνμπηθή (ελανηάηαη από ηεκ

θνοζηαιιμγναθηθή δηεύζοκζε θαηά ηεκ μπμία μεηνάηαη)

- γηα οιηθά ζηα μπμία ε ζενμηθή δηαζημιή είκαη ηζόηνμπε, αv ≅3αl

Αημμηζηηθή άπμρε : ζενμηθή δηαζημιή = απμηέιεζμα ηεξ αύλεζεξ ηεξ μέζεξ

απόζηαζεξ μεηαλύ ηςκ αηόμςκ

Δηάγναμμα ηεξ δοκαμηθήξ εκένγεηαξ ςξ

πνμξ ηεκ απόζηαζε μεηαλύ ηςκ αηόμςκ:

- αύλεζε ηεξ μέζεξ απόζηαζεξ ηςκ

αηόμςκ με ηεκ αύλεζε ηεξ Τ

(r1 < r2 < r3)

- ζενμηθή δηαζημιή

Γηα ζομμεηνηθή θαμπύιε εκένγεηαξ ςξ

πνμξ ηεκ απόζηαζε μεηαλύ ηςκ αηόμςκ

- δεκ οπάνπεη αύλεζε ηεξ μέζεξ

απόζηαζεξ με ηεκ αύλεζε ηεξ Τ

(r1 = r2 = r3)

- πςνίξ ζενμηθή δηαζημιή

Ηαμπύιε δοκαμηθήξ εκένγεηαξ - απόζηαζε μεηαλύ αηόμςκ γηα έκα ζηενεό οιηθό:

• έπεη ηε μμνθή εκόξ πεγαδημύ δοκαμηθμύ

• ε δηαημμηθή απόζηαζε ηζμννμπίαξ ζημοξ 0 Η είκαη r0 - ακηηζημηπεί ζημ

ειάπηζημ ημο δοκαμηθμύ

• ζένμακζε ζε ορειόηενεξ Τ (Τ1, Τ2,Τ3,…) αολάκεη ηεκ εκένγεηα ηαιάκηςζεξ

από Ε1 ζε Ε2, ζε Ε3,…

• μέζμ πιάημξ ηαιάκηςζεξ εκόξ αηόμμο = εύνμξ ημο πεγαδημύ ζε θάζε Τ

• μέζε δηαημμηθή απόζηαζε = μέζε ζέζε - αολάκεη με ηεκ Π από r0 ζε r1 ,r2, r3,…

• Αζύμμεηνε θαμποιόηεηα ημο εκενγεηαθμύ πεγαδημύ -> ζενμηθή δηαζημιή

(εάκ ε θαμπύιε ηεξ δοκαμηθήξ εκένγεηαξ ήηακ ζομμεηνηθή δε ζα οπήνπε

θαζανή μεηαβμιή ζηεκ δηαημμηθή απόζηαζε, μύηε ζενμηθή δηαζημιή)

Ιεγαιύηενε εκένγεηα ηςκ δεζμώκ μεηαλύ αηόμςκ

-> βαζύηενμ θαη ζηεκόηενμ ημ πεγάδη ηεξ δοκαμηθήξ εκένγεηαξ

-> γηα μηα δεδμμέκε αύλεζε ηεξ T, μηθνόηενε αύλεζε ηεξ δηαημμηθήξ απόζηαζεξ

-> μηθνόηενε ηημή ημο αl

H ηημή ημο ζοκηειεζηή δηαζημιήξ αl αολάκεη με ηεκ αύλεζε ηεξ T

Ιέηαιια

- μη ηημέξ ημο γναμμηθμύ ζοκηειεζηή ζενμηθήξ δηαζημιήξ είκαη εκδηάμεζεξ ζε

μέγεζμξ μεηαλύ αοηώκ ηςκ θεναμηθώκ θαη ηςκ πμιομενώκ

- έπμοκ παναζθεοαζηεί μεηαιιηθά θνάμαηα παμειήξ-δηαζημιήξ ή ειεγπόμεκεξ-

δηαζημιήξ, πμο πνεζημμπμημύκηαη ζε εθανμμγέξ πμο απαηημύκ ορειή

ζηαζενόηεηα ζηηξ δηαζηάζεηξ ημο οιηθμύ ςξ πνμξ ζενμμθναζηαθέξ μεηαβμιέξ

Ηεναμηθά

- Οπεηηθά ηζπονέξ δεζμηθέξ δοκάμεηξ μεηαλύ αηόμςκ -> ζπεηηθά μηθνμί

ζοκηειεζηέξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ αl

- Γηα με-θνοζηαιιηθά θεναμηθά θαη γηα θεναμηθά πμο έπμοκ θοβηθέξ

θνοζηαιιηθέξ δμμέξ - αl είκαη ηζόηνμπμξ

- Δηαθμνεηηθά, ε δηαζημιή είκαη ακηζόηνμπε -> θαηά ηε ζένμακζε, ζοζηέιιμκηαη

ζε μνηζμέκεξ θνοζηαιιμγναθηθέξ δηεοζύκζεηξ εκώ δηαζηέιιμκηαη ζε άιιεξ

- Μνγακηθμί ύαιμη: αl ελανηάηαη από ηε ζύζηαζε

- Ηεναμηθά οιηθά πμο πνόθεηηαη κα οπμβιεζμύκ ζε ζενμμθναζηαθέξ μεηαβμιέξ

πνέπεη κα έπμοκ ζπεηηθά μηθνμύξ θαη ηζόηνμπμοξ αl

- Ιπμνμύκ κα οπμζημύκ ραζονε ζναύζε ιόγμ ηςκ με μμμηόμμνθςκ αιιαγώκ

ζηηξ δηαζηάζεηξ = ζενμηθό ζμθ

Νμιομενή

- Μνηζμέκα πμιομενηθά οιηθά οθίζηακηαη πμιύ μεγάιεξ ζενμηθέξ δηαζημιέξ

- Μη ορειόηενεξ ηημέξ αl ακηηζημηπμύκ ζε γναμμηθά θαη δηαθιαδςμέκα πμιομενή

ελαηηίαξ ημο όηη μη δεοηενεύμκηεξ δηαμμνηαθμί δεζμμί είκαη αζζεκείξ, θαη

οπάνπεη ειάπηζημξ βαζμόξ ζύκδεζεξ μέζς ζηαονμδεζμώκ

- Ιε ηεκ αύλεζε ηςκ ζηαονμδεζμώκ ημ μέγεζμξ ημο ζοκηειεζηή δηαζημιήξ

μεηώκεηαη

- Μη παμειόηενμη ζοκηειεζηέξ έπμοκ βνεζεί ζηα ζενμμζθιενοκόμεκα πμιομενή

COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION: COMPARISON

Polypropylene 145-180 Polyethylene 106-198 Polystyrene 90-150 Teflon 126-216

• Polymers

• Ceramics Magnesia (MgO) 13.5 Alumina (Al2O3) 7.6 Soda-lime glass 9 Silica (cryst. SiO2) 0.4

• Metals Aluminum 23.6 Steel 12 Tungsten 4.5 Gold 14.2

α (10-6/°C)

at room T

Material

incre

asin

g

Ηνάμα Invar θαη Άιια Ηνάμαηα αμειήξ-Δηαζημιήξ

1896, μ Charles-Edouard Guillaume (Nobel θοζηθήξ 1920) :

- θνάμα ζηδήνμο-κηθειίμο με πμιύ παμειό ζοκηειεζηή ζενμηθήξ δηαζημιήξ

(1.6x10-6 (°C)-1) , γηα Τδςμαηίμο < Τ < 230 °C

- εηαηνηθή επςκομία - Invar

- αοηή ε ζομπενηθμνά ζπεηίδεηαη με ηα μαγκεηηθά παναθηενηζηηθά ημο Invar

- ηα δμθίμηα πμο ρύπζεθακ απόημμα από ορειέξ ζενμμθναζίεξ (θμκηά ζημοξ

800°C) θαη εκ ζοκεπεία θαηενγάζηεθακ με ροπνειαζία

- Super Invar : αl = 0.72xl0-6 (°C)-1

- έκα μένμξ ημο κηθειίμο ακηηθαζίζηαηαη από άιιμ θμβάιηημ

- Kovar - παναθηενηζηηθά δηαζημιήξ θμκηά ζε εθείκα ημο βμνημπονηηηθμύ οάιμο

(πονέλ)

- όηακ ζοκδέεηαη με ημ πονέλ θαη οπμβάιιεηαη ζε μεηαβμιέξ

ζενμμθναζίαξ, απμθεύγμκηαη ημ ζενμηθό ζμθ θαη ε πηζακή ζναύζε

Πα θνάμαηα παμειήξ δηαζημιήξ πνεζημμπμημύκηαη ζε :

- ηνμπμύξ ηζμννμπίαξ γηα μεπακηθά νμιόγηα

- δμμηθά ζημηπεία μπηηθώκ ζοζηεμάηςκ θαη ιέηδεν γηα μεηνήζεηξ πμο απαηημύκ

ζηαζενόηεηα δηαζηάζεςκ ηεξ ηάλεξ ημο μήθμοξ θύμαημξ ημο θςηόξ

- δημεηαιιηθέξ ηαηκίεξ - πνεζημμπμημύκηαη γηα ηεκ εκενγμπμίεζε μηθνμδηαθμπηώκ

ζε ζοζηήμαηα ζένμακζεξ κενμύ

- δηαμμνθςηέξ ζθίαζεξ ζε θαζμδηθέξ ιοπκίεξ πμο πνεζημμπμημύκηαη ζε μζόκεξ

ηειεόναζεξ θαη πνμβμιώκ

- δελαμεκέξ θαη ζςιεκώζεηξ γηα απμζήθεοζε θαη δηακμμή ογνμπμηεμέκμο

θοζηθμύ αενίμο

Θενμηθή αγςγή = ημ θαηκόμεκμ μεηαθμνάξ ζενμόηεηαξ ζε μηα μοζία από

πενημπέξ ορειήξ ζε πενημπέξ παμειήξ ζενμμθναζίαξ

Θενμηθή αγςγημόηεηα = ηδηόηεηα πμο παναθηενίδεη ηεκ ηθακόηεηα εκόξ οιηθμύ

κα μεηαθένεη ζενμόηεηα :

𝑞 = −𝑘𝑑𝑇

𝑑𝑥

𝑞 - ροή θερμόηηηας ακά μμκάδα πνόκμο θαη ακά μμκάδα επηθάκεηαξ (θάζεηα

ζηε δηεύζοκζε ηεξ νμήξ)

k - ζενμηθή αγςγημόηεηα

dT/dx - ζενμμθναζηαθή βαζμίδα θαηά μήθμξ ημο αγώγημμο μέζμο

- Ιμκάδεξ : q (W/m2) , k ( W/m∙Η)

4. ΘΓΞΙΖΗΕ ΑΓΩΓΖΙΜΠΕΠΑ

Ε παναπάκς ελίζςζε ηζπύεη μόκμ γηα νμή ζενμόηεηαξ ζηαζενήξ θαηάζηαζεξ

(q δεκ μεηαβάιιεηαη με ημ πνόκμ)

Ηαηεύζοκζε νμήξ ζενμόηεηαξ: ζενμό -> ροπνό, ακηίζεηεξ θμνάξ ηεξ

ζενμμθναζηαθήξ βαζμίδαξ ⇒ ανκεηηθό πνόζεμμ

Ε ζενμόηεηα ζηα ζηενεά οιηθά μεηαθένεηαη :

(1) Ιε πιεγμαηηθέξ ηαιακηώζεηξ (θςκόκηα) , kl

(2) Ιε ειεύζενα ειεθηνόκηα (ειεθηνόκηα αγςγημόηεηαξ) , ke

𝑘 = 𝑘𝑙 + 𝑘𝑒

- ζοκήζςξ θονίανπμξ είκαη έκαξ από ημοξ δύμ μεπακηζμμύξ

Φςκόκηα : ε ζενμηθή εκένγεηα μεηαθένεηαη ζηε δηεύζοκζε θίκεζήξ ηςκ θςκμκίςκ,

από πενημπέξ ορειήξ ζε πενημπέξ παμειήξ Τ

Γιεύζενα ειεθηνόκηα :

- απμθημύκ επηπιέμκ θηκεηηθή εκένγεηα ζε μηα ζενμή πενημπή ημο δμθημίμο

- μεηαθηκμύκηαη ζε ροπνόηενεξ πενημπέξ όπμο μένμξ ηεξ θηκεηηθήξ ημοξ

εκένγεηαξ μεηαθένεηαη ζηα άημμα ςξ ζοκέπεηα ηςκ ζογθνμύζεςκ ημοξ με

θςκόκηα ή με άιιεξ αηέιεηεξ εκηόξ ημο θνοζηάιιμο

- αύλεζε ζογθέκηνςζεξ ειεύζενςκ ειεθηνμκίςκ -> αύλεζε ημο ke

4.1 ΙΕΑΚΖΟΙΜΖ ΘΓΞΙΖΗΕΟ ΑΓΩΓΕΟ

Ιέηαιια

Ιέηαιια ορειήξ θαζανόηεηαξ - μ ειεθηνμκηθόξ μεπακηζμόξ μεηαθμνάξ

ζενμόηεηαξ είκαη πμιύ πημ απμδμηηθόξ από ηε θςκμκηθή ζοκεηζθμνά

- ηα ειεθηνόκηα - δεκ ζθεδάδμκηαη ηόζμ εύθμια όζμ ηα θςκόκηα

- έπμοκ ορειόηενεξ ηαπύηεηεξ

- ελαηνεηηθά θαιμί αγςγμί ζενμόηεηαξ ιόγμ μεγάιμο ανηζμόο ειεοζένςκ

ειεθηνμκίςκ πμο ζομμεηέπμοκ ζηεκ αγςγή ζενμόηεηαξ

Πα ειεύζενα ειεθηνόκηα ζηα θαζανά μέηαιια είκαη οπεύζοκα γηα :

- ηεκ ειεθηνηθή αγςγή - ηε ζενμηθή αγςγή

μη δύμ αγςγημόηεηεξ ζοζπεηίδμκηαη ζύμθςκα με ημ κόμμ Wiedemann-Franz:

𝐿 =𝑘

𝜎𝑇

ζ - ειεθηνηθή αγςγημόηεηα , Τ - απόιοηε ζενμμθναζία

L = 2.44x10-8 Ω · W/(K)2 , ακελάνηεηε ηεξ T , ίδηα γηα όια ηα μέηαιια εάκ ε

ζενμηθή εκένγεηα μεηαθένεηαη απμθιεηζηηθά από ειεύζενα ειεθηνόκηα

Ηναμαημπμίεζε ηςκ μεηάιιςκ με πνμζμίλεηξ -> μείςζε ηεξ ζενμηθήξ

αγςγημόηεηαξ

- γηα ζηενεό δηάιομα , ηα άημμα πνόζμηλεξ ≡ θέκηνα ζθέδαζεξ

-> δοζθμιεύμοκ ηεκ ειεθηνμκηθή θίκεζε

Ούζηαζε θναμάηςκ παιθμύ-ρεοδανγύνμο (%θ.β. Zn)

Θεν

μηθή

αγς

γημό

ηεηα

(W

/mK

)

Ηεναμηθά

Πα με-μεηαιιηθά οιηθά = ζενμηθμί μμκςηέξ

- δεκ έπμοκ μεγάιμ ανηζμό ειεύζενςκ ειεθηνμκίςκ

- θςκόκηα - οπεύζοκα γηα ηε ζενμηθή αγςγημόηεηα ( ke << kl )

- απμηειεζμαηηθά ζθεδαζμέκα από ηηξ αηέιεηεξ πιέγμαημξ

-> ιηγόηενμ απμδμηηθά ζηε μεηαθμνά ζενμόηεηαξ από ηα ειεύζενα ειεθηνόκηα

Πα άμμνθα θεναμηθά οιηθά : αημμηθή δμμή ζε ορειή αηαλία -> απμηειεζμαηηθή

ζθέδαζε θςκμκίςκ -> παμειόηενεξ αγςγημόηεηεξ από ηα θνοζηαιιηθά θεναμηθά

Αύλεζε Τ -> ζθέδαζε ηςκ ηαιακηώζεςκ πιέγμαημξ πενηζζόηενμ εμθακήξ

-> ε ζενμηθή αγςγημόηεηα μεηώκεηαη

Ρρειόηενεξ Τ -> μεηαθμνά

ζενμόηεηαξ με οπένοζνε

αθηηκμβμιία

-> αύλεζε αγςγημόηεηαξ

Ύπανλε πόνςκ -> δναμαηηθή

επίπηςζε ζηε ζενμηθή αγςγημόηεηα

- αύλεζε ημο όγθμο ηςκ πόνςκ ->

μείςζε ηεξ ζενμηθήξ αγςγημόηεηαξ

- μη ζενμηθμί μμκςηέξ είκαη πμνώδεηξ

- μη εζςηενηθμί πόνμη ζοκήζςξ πενηέπμοκ αένα μ μπμίμξ έπεη ελαηνεηηθά παμειή

ζενμηθή αγςγημόηεηα (≅ 0.02 W/m · Η)

Νμιομενή

Ιεηαθμνά εκένγεηαξ - μέζς δόκεζεξ θαη πενηζηνμθήξ ηςκ

μαθνμμμνηαθώκ αιοζίδςκ

Πμ μέγεζμξ ηεξ ζενμηθήξ αγςγημόηεηαξ ελανηάηαη από ημ βαζμό

θνοζηαιιηθόηεηαξ :

- πμιομενέξ με ορειή θνοζηαιιηθόηεηα θαη ηάλε ζηε δμμή ημο ->

απμηειεζμαηηθέξ ζοιιμγηθέξ ηαιακηώζεηξ ηςκ μμνηαθώκ αιοζίδςκ ->

μεγαιύηενε αγςγημόηεηα από ημ ακηίζημηπμ άμμνθμ οιηθό

Πα πμιομενή πνεζημμπμημύκηαη ζοπκά ςξ ζενμηθμί μμκςηέξ

Όπςξ με ηα θεναμηθά, μη μμκςηηθέξ ηδηόηεηεξ βειηηώκμκηαη με ηεκ εηζαγςγή

μηθνώκ πόνςκ ( με αθνηζμό θαηά ηε δηάνθεηα ημο πμιομενηζμμύ)

THERMAL CONDUCTIVITY: COMPARISON in

cre

asin

g k

• Polymers

Polypropylene 0.12 Polyethylene 0.46-0.50 Polystyrene 0.13 Teflon 0.25

vibration/rotation of

chain molecules

• Ceramics

Magnesia (MgO) 38 Alumina (Al2O3) 39 Soda-lime glass 1.7 Silica (cryst. SiO2) 1.4

atomic vibrations

• Metals

Aluminum 247 Steel 52 Tungsten 178 Gold 315

motion of free electrons

and atomic vibrations

k (W/m-K) Energy Transfer

Mechanism Material

Θενμηθέξ ηάζεηξ = ηάζεηξ πμο επάγμκηαη ζε έκα ζώμα από ζενμμθναζηαθέξ

μεηαβμιέξ

- μδεγμύκ ζε ζναύζε ή ζε ακεπηζύμεηε πιαζηηθή παναμόνθςζε

5.1 Πάζεηξ πμο Απμννέμοκ από Θενμηθή Δηαζημιή θαη Οοζημιή οπό

Νενημνηζμό

Θεςνήζμομε μηα μμμγεκή θαη ηζόηνμπε ζομπαγή νάβδμ ε μπμία ζενμαίκεηαη ή

ρύπεηαη μμμηόμμνθα (πςνίξ ζενμμθναζηαθέξ βαζμίδεξ)

Γιεύζενε δηαζημιή ή ζοζημιή -> ε νάβδμξ ειεύζενε ηάζεςκ

Νενημνηζμέκε αλμκηθή θίκεζε ηεξ νάβδμο (από άθαμπηα ζηενίγμαηα ζηα άθνα)

-> ζενμηθέξ ηάζεηξ

5. ΘΓΞΙΖΗΓΟ ΠΑΟΓΖΟ

Πμ μέγεζμξ ηεξ ηάζεξ, ζ, πμο πνμθύπηεη από ζενμμθναζηαθή μεηαβμιή από Τ0

ζε Τf :

𝜎 = E𝑎𝑙 𝑇0 − 𝑇𝑓 = 𝐸𝑎𝑙ΔΤ

Ε - ημ μέηνμ ηεξ ειαζηηθόηεηαξ

αl - γναμμηθόξ ζοκηειεζηήξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ

Τf > Τ0 => ζ < 0 (ε δηαζημιή ηεξ νάβδμο είκαη οπό πενημνηζμό)

Tf <Τ0 => ζ > 0

ζ ≡ ηάζε πμο απαηηείηαη γηα ηεκ επακαθμνά ηεξ νάβδμο ζημ ανπηθό μήθμξ, ακ

ανπηθά είπε παναμμνθςζεί ειεύζενα με ηε ζενμμθναζηαθή μεηαβμιή Τ0 - Tf

5.2 Πάζεηξ πμο Απμννέμοκ από Βαζμίδεξ Θενμμθναζίαξ

Οηενεό οιηθό ζενμαίκεηαη ή ρύπεηαη -> ε ζενμμθναζηαθή θαηακμμή ελανηάηαη

από - ημ μέγεζμξ ημο δμθημίμο

- ημ ζπήμα ημο δμθημίμο

- ηε ζενμηθή αγςγημόηεηα ημο οιηθμύ

- ημ νοζμό ηεξ ζενμμθναζηαθήξ μεηαβμιήξ

Παπεία ζένμακζε ή ρύλε

-> ε ζενμμθναζία μεηαβάιιεηαη ηαπύηενα ζημ ελςηενηθό μένμξ ημο ζώμαημξ

από όηη ημ εζςηενηθό ημο -> βαζμίδεξ ζενμμθναζίαξ θαηά μήθμοξ ημο

ζώμαημξ -> δηαθμνεηηθέξ μεηαβμιέξ ηςκ δηαζηάζεςκ -> πενημνηζμμύξ ζηεκ

ειεύζενε δηαζημιή ή ζοζημιή γεηημκηθώκ ζημηπείςκ όγθμο εκηόξ ημο ζώμαημξ

-> ζενμηθέξ ηάζεηξ

5.3 Θενμηθό Ομθ Σαζονώκ Ριηθώκ

Όιθημα μέηαιια θαη πμιομενή - απμθαηάζηαζε ζενμηθώκ ηάζεςκ με

πιαζηηθή παναμόνθςζε

Ηεναμηθά οιηθά -> ραζονή ζναύζε από αοηέξ ηηξ ζενμηθέξ ηάζεηξ

(ζενμηθό ζμθ)

• Παπεία ρύλε ραζονμύ ζώμαημξ -> εθειθοζηηθέξ επαγόμεκεξ επηθακεηαθέξ

ηάζεηξ

• Παπεία ζένμακζε ραζονμύ ζώμαημξ -> ζιηπηηθέξ επαγόμεκεξ επηθακεηαθέξ

ηάζεηξ

πημ πηζακό ζενμηθό ζμθ ζε ηαπεία ρύλε από ζε ηαπεία ζένμακζε

(μ ζπεμαηηζμόξ νςγμώκ θαη ε δηάδμζε ημοξ από ηηξ επηθακεηαθέξ αηέιεηεξ

είκαη πημ πηζακά όηακ ε επηβαιιόμεκε ηάζε είκαη εθειθοζηηθή )

Ακημπή ζε ζενμηθό ζμθ = ηθακόηεηα εκόξ οιηθμύ κα ακηέπεη ζε ζενμηθό ζμθ

(thermal shock resistance, TSR)

H ακημπή ζε ζενμηθό ζμθ, γηα έκα θεναμηθό ζώμα πμο ρύπεηαη ηαπέςξ

- ελανηάηαη από - ημ μέγεζμξ ηεξ ζενμμθναζηαθήξ μεηαβμιήξ

- ηηξ μεπακηθέξ θαη ζενμηθέξ ηδηόηεηεξ ημο οιηθμύ

- είκαη βέιηηζηε γηα – ορειέξ ακημπέξ ζε ζναύζε , ζf

- ορειέξ ζενμηθέξ αγςγημόηεηεξ

- παμειά μέηνα ειαζηηθόηεηαξ

- παμειμύξ ζοκηειεζηέξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ

Ε ακημπή ζε ζενμηθό ζμθ πμιιώκ οιηθώκ :

𝑇𝑆𝑅 ≅𝜎𝑓𝑘

𝐸𝑎𝑙

Ννόιερε ημο ζενμηθμύ ζμθ :

(1) Ιεηαβάιιμκηαξ ηηξ ελςηενηθέξ ζοκζήθεξ -> μεηςμέκμη νοζμμί ζένμακζεξ ή

ρύλεξ -> ειαπηζημπμίεζε ηςκ ζενμμθναζηαθώκ βαζμίδςκ θαηά μήθμξ ημο

ζώμαημξ

(2) Πνμπμπμίεζε ηςκ ζενμηθώκ θαη μεπακηθώκ παναθηενηζηηθώκ : Ε, k, ζf, al

(Ν.π. : Ημηκμί ύαιμη - ηδηαίηενα δεθηηθμί ζε ζενμηθό ζμθ

- αl ≅9.0xl0-6(°C)-1

- ειαηηώκμκηαξ ηεκ πενηεθηηθόηεηα ζε CaO θαη Na20,

θαη πνμζζέημκηαξ Β203 => αl ≅ 3xl0-6(°C)-1 (Pyrex)

(θαηάιιειμ γηα ημοξ ζενμηθμύξ θύθιμοξ ρύλεξ-

ζένμακζεξ μαγεηνηθώκ θμύνκςκ)

(3) Ννμζζήθε μεγάιςκ πόνςκ ή μηαξ δεύηενεξ όιθημεξ θάζεξ -> πανεμπόδηζε

δηάδμζεξ ζενμηθά επαγόμεκςκ νςγμώκ

Απάιεηρε ζενμηθώκ ηάζεςκ ζηα θεναμηθά οιηθά γηα ηε βειηίςζε ηεξ

μεπακηθήξ ημοξ ακημπήξ <- με ζενμηθή δηενγαζία ακόπηεζεξ

ΝΓΞΖΘΕΣΕ

Θενμμπςνεηηθόηεηα C = πμζόηεηα ζενμόηεηαξ πμο απαηηείηαη γηα ΔΠ=1Η

Eηδηθή ζενμόηεηα = ζενμμπςνεηηθόηεηα ακά μμκάδα μάδαξ

Δμκεηηθή εκένγεηα ηςκ αηόμςκ – θςκόκηα

Θενμηθή δηαζημιή - ε θιαζμαηηθή μεηαβμιή ζημ μήθμξ είκαη ακάιμγε ηεξ

ζενμμθναζηαθήξ μεηαβμιήξ

- ζηαζενά ακαιμγίαξ = ζοκηειεζηήξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ, 𝑎𝑙

Θενμηθή δηαζημιή ≡ αύλεζε ηεξ μέζεξ δηαημμηθήξ απόζηαζεξ

𝑎𝑙 πμιομενώκ > 𝑎𝑙 μεηάιιςκ > 𝑎𝑙 θεναμηθώκ

Θενμηθή αγςγημόηεηα = μεηαθμνά ζενμηθήξ εκένγεηαξ από πενημπέξ ορειήξ

Τ ζε πενημπέξ παμειήξ Τ

Ε ζενμόηεηα μεηαθένεηαη με - ειεύζενα ειεθηνόκηα

- δμκεηηθά πιεγμαηηθά θύμαηα, θςκόκηα

Θενμηθέξ ηάζεηξ

- ακαπηύζζμκηαη ζε έκα ζώμα ςξ ζοκέπεηα ηςκ ζενμμθναζηαθώκ μεηαβμιώκ

οπό πενημνηζμμύξ ζενμηθήξ δηαζημιήξ (ή ζοζημιήξ) εκόξ ζώμαημξ

- είκαη δοκαηό κα μδεγήζμοκ ζε - ζναύζε

- πιαζηηθή παναμόνθςζε

Θενμηθό ζμθ = ζναύζε εκόξ ζώμαημξ ςξ απμηέιεζμα ηςκ

ζενμηθώκ ηάζεςκ πμο επάγμκηαη από ηαπείεξ

ζενμμθναζηαθέξ μεηαβμιέξ