Apa sifat termal dan apa itu? (Dengan contoh)

Sifat termal besi menjadikannya logam par keunggulan untuk memproduksi banyak bagian dan struktur

Apa itu sifat termal?

Itu Sifat termal Bahan terdiri dari responsnya terhadap variasi suhu. Misalnya, diketahui bahwa sebagian besar zat berkembang saat memanaskan dan mengontrak saat dia mendingin.

Desain potongan yang paling beragam membutuhkan penggunaan bahan dengan sifat termal tertentu, untuk menjamin operasi mereka yang benar. Banyak bagian mekanis terpapar panas yang intens selama operasi, dan mereka perlu mempertahankan dimensi dan struktur mereka dalam menghadapi upaya yang menjadi sasaran mereka.

Bahkan bahan bahan lainnya, selain mekanik, seperti sifat listrik dan magnetik, dipengaruhi oleh perubahan suhu. Oleh karena itu pentingnya mengenal mereka.

Di antara sifat termal utama adalah kapasitas panas, konduktivitas termal, pelebaran termal, fusibilitas dan kemampuan las. Karakteristik utamanya dijelaskan secara singkat di bawah ini.

1. Kapasitas panas

Itu adalah properti yang menunjukkan betapa mudahnya bahan yang diberikan menyerap panas. Secara matematis, kapasitas panas C didefinisikan sebagai laju perubahan panas yang sehubungan dengan suhu T:

C = dq /dt

Unit ukuran C dalam sistem unit internasional jika itu adalah joule /kelvin atau j /k, tetapi joule /grade Celcius atau j /cº juga digunakan.

Didefinisikan dengan cara ini, kapasitas panas adalah properti dari objek dan bukan bahan, tetapi jika massa dimasukkan dan kapasitas panas per unit massa didefinisikan, maka ada sifat bahan yang disebut panas spesifik o Kapasitas kalori tertentu.

Panas spesifik dalam unit SI adalah jumlah panas dalam joule yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat dalam 1 Kelvin. Itu dilambangkan dengan huruf "C" kecil, untuk membedakannya dari C:

Itu dapat melayani Anda: durometer: Untuk apa, bagaimana cara kerja, bagian, jenis

C = dq /m ∙ dt

Unit C lainnya yang sering digunakan adalah J/mol. K dan j/kg. Cº. Dengan cara yang sama, kalori dan btu banyak digunakan, unit lain untuk mengukur energi kalori. Panas spesifik dalam gas diukur, baik pada volume konstan atau tekanan konstan.

Panas air tertentu

Panas spesifik tekanan atmosfer dan suhu 25ºC adalah 4190 J/kg. Cº, sedangkan, untuk logam yang sering digunakan seperti besi, 460 J/kg. Cº. Panas air spesifik lebih tinggi dari kebanyakan zat, sehingga memiliki kapasitas yang lebih besar untuk menyerap panas atau menyerah, oleh karena itu air banyak digunakan dalam sistem pendingin.

Efek moderat iklim

Panas air spesifik yang tinggi menghasilkan efek iklim yang moderat di daerah pesisir, menghindari perubahan suhu yang sangat ditekankan.

2. Konduktivitas termal

Properti ini menunjukkan bakat zat untuk mengangkut panas, resiprokalnya adalah resistivitas termal, yang merupakan resistensi untuk membiarkan panas lewat.

Telah diamati bahwa aliran energi per unit area dan waktu unit, sebanding dengan gradien atau variasi suhu di seluruh arah aliran.

Konstanta proporsionalitas justru konduktivitas termal dan, dalam satuan sistem internasional, diukur dalam w /(m /k).

Konduktivitas termal logam

Setiap orang pernah mengamati betapa mudahnya benda logam dipanaskan dan juga bagaimana pada suhu kamar, mereka tampak lebih dingin daripada kertas atau selembar kayu.

Kebetulan atom logam memiliki elektron bebas di lapisan terluar, sedikit terkait dengan nukleus.

Elektron ini dapat dengan mudah bergerak di dalam material, mengambil keuntungan dari energi termal. Itulah sebabnya logam memiliki konduktivitas termal yang tinggi, dan dengan cara yang sama, untuk alasan yang sama, mereka adalah konduktor listrik yang baik.

Dapat melayani Anda: nomor aliran: bagaimana itu dihitung dan contohnya

Di sisi lain, gas seperti udara, keramik, plastik dan kayu adalah konduktor panas yang buruk, kekurangan elektron gratis. Oleh karena itu, mereka adalah isolator termal yang baik.

Meskipun. Diikuti oleh logam seperti perak dan tembaga, masing -masing dengan 429 dan 398 w /(m /k).

3. Pelebaran termal

Hampir semua zat berkembang saat memanaskan dan berkontraksi saat pendinginan. Dalam padatan ada kekuatan di antara atom yang mempertahankan kohesi, yang dapat dibayangkan sebagai pegas yang terhubung ke atom.

Di dalam material, atom tidak diam, tetapi dalam getaran konstan di sekitar posisi kesetimbangan. Dengan meningkatkan suhu, amplitudo getaran ini menjadi lebih besar.

Sekarang, itu terjadi bahwa mata air imajiner yang menyatukan atom lebih mudah daripada yang bisa mereka dapatkan. Oleh karena itu, jarak rata -rata antara atom meningkat dengan suhu, dan bahan akhirnya mengembang.

Dalam batang tipis yang terbuat dari bahan tertentu, variasi panjangnya saat dipanaskan, disebut ΔL, sebanding dengan panjang awal batang L_{salah satu} dan mengubah suhu Δt. Konstanta proporsionalitas adalah koefisien ekspansi linier α, yang unitnya terbalik suhu dan merupakan karakteristik zat:

Δl = α ∙ l_{salah satu}∙ Δt

Demikian pula, pelebaran termal permukaan dapat didefinisikan, seperti yang dialami oleh lembaran tipis, dan pelebaran termal volumetrik, yang mengalami objek tiga dimensi apa pun.

Contoh pelebaran termal

Saat jalan dibayar atau batu bulat ditempatkan di trotoar, ruang tertinggal di antara lukisan -lukisan, sehingga ketika mereka menghangatkan matahari selama musim panas, mereka memiliki ruang untuk ekspansi, tanpa berderak.

Dapat melayani Anda: pembanding optik: untuk apa dan bagiannya

Juga, strategi untuk membuka botol dengan tutup yang sangat ketat adalah memanaskannya sedikit merendamnya dalam air panas. Dengan cara ini tutupnya mengembang dan lebih mudah untuk melepaskannya setelahnya.

4. Fusibilitas

Ada zat yang bergabung saat pemanasan, seperti logam, plastik dan kaca. Sebenarnya, semua zat, pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil, adalah sekering, yaitu, mereka dapat meleleh atau meleleh. Kemudahan yang dicapai ini disebut hanya sekering, tetapi dengan mendefinisikan karakteristik ini, apa yang dicari adalah bahan yang tepat untuk mendapatkan potongan yang sehat.

Dalam hal ini, bahan seperti perunggu dan kuningan cocok untuk tugas ini, karena dengan mereka fluiditas yang baik tercapai dan cetakan disalin dengan baik.

Di sisi lain, paduan yang digunakan dalam pengelasan harus memiliki kekekalan tinggi (suhu leleh rendah) dibandingkan dengan bahan yang akan dilas.

Paduan timah dan timbal baik untuk bergabung dengan pengelasan lembut, di mana paduan dilelehkan, yang saat pendinginan mendapatkan resistensi yang baik. Dengan cara ini Anda dapat mengelas suku cadang untuk mesin, mainan, kabel, sirkuit dan banyak lagi.

5. Kemampuan las

Ini adalah kemampuan potongan -potongan bahan yang sama, atau bahan yang berbeda, untuk saling menempel, melalui pemanasan dan kompresi. Ini dapat dilakukan dengan memanaskan potongan secara langsung sampai mencapai suhu leleh, atau menggunakan beberapa bahan menengah yang memungkinkan adhesi.

Tujuannya adalah untuk mendapatkan bagian yang dilas untuk mempertahankan integritasnya, tanpa menghadirkan celah, ketegangan atau deformasi yang mempengaruhi pengoperasian bagian yang dilas.

Logam seperti besi memiliki kemampuan las yang baik, serta baja karbon rendah. Sebaliknya, logam dan paduan yang meleleh dengan cepat tidak dapat dilapisi, yaitu tanpa melalui periode plastik. Perunggu, misalnya, adalah paduan berbasis timah dengan mineral lain, yang biasanya sulit dilas.