Какова теплопроводность вольфрамовой пластины? Какие факторы влияют на теплопроводность?

Вольфрам — тугоплавкий металл, известный своей исключительно высокой температурой плавления (3422°C), механической прочностью и превосходной теплопроводностью. Теплопроводность вольфрамовой пластины определяет её способность эффективно проводить тепло, что делает её идеальным материалом для применений, требующих стабильности при высоких температурах и быстрого рассеивания тепла.

Теплопроводность вольфрамовой пластины

Теплопроводность вольфрамовой пластины может варьироваться в зависимости от её чистоты, плотности и температуры. Обычно при комнатной температуре (20°C) теплопроводность чистого вольфрама составляет приблизительно 173 Вт/(м·К).

Вот типичная таблица зависимости теплопроводности чистого вольфрама от температуры:

Факторы, влияющие на теплопроводность

Чистота материала: Примеси в материале могут рассеивать фононы (квантованные колебания решетки) и электроны, которые являются основными переносчиками тепловой энергии в металлах. Это рассеяние уменьшает длину свободного пробега этих носителей, тем самым снижая теплопроводность. Более высокая чистота обычно приводит к более высокой теплопроводности.

Температура:

Металлы: Для большинства металлов теплопроводность имеет тенденцию к снижению с повышением температуры выше комнатной. Это связано с тем, что электрон-фононное рассеяние становится более частым при более высоких температурах. Однако при очень низких температурах теплопроводность может увеличиваться из-за уменьшения рассеяния.

Неметаллы/изоляторы: Для неметаллических твердых тел теплопроводность часто увеличивается с ростом температуры в низких диапазонах (из-за увеличения популяции фононов), но затем уменьшается при более высоких температурах из-за усиления фонон-фононного рассеяния.

Кристаллическая структура и размер зерна:

Кристаллические и аморфные: Кристаллические материалы, как правило, обладают более высокой теплопроводностью, чем аморфные, поскольку упорядоченная решетка обеспечивает более эффективный путь для распространения фононов.

Границы зерен: Границы зерен служат рассеивателями фононов и электронов. Поэтому материалы с меньшим размером зерна (больше границ зерен) обычно обладают более низкой теплопроводностью, чем материалы с большим размером зерна.

Плотность/Пористость:

Материалы с более высокой плотностью обычно обладают более высокой теплопроводностью.

Пористость (наличие пустот или воздушных карманов) значительно снижает теплопроводность, поскольку воздух является плохим проводником тепла. Чем пористее материал, тем ниже его теплопроводность.

Сплавление: При сплавлении различных элементов введение посторонних атомов нарушает идеальную структуру решетки, что приводит к повышенному рассеянию фононов и электронов. Это обычно снижает теплопроводность по сравнению с чистыми металлами, составляющими материал.

Фаза: Фаза материала (твердое, жидкое, газообразное) существенно влияет на его теплопроводность. Твердые тела обычно обладают самой высокой теплопроводностью, за ними следуют жидкости, а затем газы (которые, как правило, являются очень плохими проводниками).

Изотропия/анизотропия: Некоторые материалы обладают анизотропной теплопроводностью, то есть их теплопроводность меняется в зависимости от направления теплового потока. Это характерно для материалов со слоистой или высокоориентированной кристаллической структурой (например, графит и некоторые композитные материалы). Вольфрам, будучи кубическим кристаллом, обычно изотропен.

Краткое изложение:

Вольфрамовые пластины являются отличными проводниками тепла при комнатной температуре, но их теплопроводность уменьшается с ростом температуры и зависит от чистоты, микроструктуры и механического состояния.