بهترین فلز برای انتقال حرارت

اگر در جستجوی بهترین فلز برای انتقال حرارت هستید، فلزاتی مانند فولاد زنگ نزن با ضریب هدایت حرارتی ۱۶، سرب ۳۵، فولاد کربنی ۵۱، آهن فرفورژه ۵۹، آهن ۷۳ و برنز با ضریب حرارتی ۷۶ وات/متر-K، کمترین میزان انتقال حرارت را در میان فلزات دارند. در عوض، فلزاتی مانند فلز برنج با ضریب هدایت حرارتی ۱۱۱، آلومینیوم ۲۳۷، مس ۴۰۱ و نقره با ۴۲۹ وات/متر-K، بیشترین میزان انتقال حرارت را انجام می‌دهند. در این مقاله قصد داریم تا درباره بهترین فلز برای انتقال حرارت، صحبت کنیم. برای خواندن ادامه مطلب، مجله کارآهن را دنبال کنید.

انتقال حرارت فلزات

در راستای پاسخ به این پرسش که بهترین فلز برای انتقال حرارت کدام است، باید اشاره کنیم که رسانایی حرارتی توانایی یک فلز برای انتقال گرما و حرارت را اندازه‌گیری می‌کند. این ویژگی در انواع مختلف فلز متفاوت است و در کاربردهایی که دمای عملیاتی بالایی دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در فلزات خالص با عیار بالا، رسانایی حرارتی با افزایش دما ثابت می‌ماند. این موضوع اما در آلیاژهای انتقال حرارتی با بالا رفتن دما، افزایش می‌یابد. در واقع فلز آلیاژی ترکیبی از یک یا ۲ فلز با عناصر غیرفلزی است که نه تنها گرما را بهتر انتقال می‌دهد بلکه دوام بیشتری دارد و در برابر زنگ‌زدگی نیز مقاومت قابل توجهی از خود نشان می‌دهد.

بیشتر بخوانید:

• میلگرد حرارتی: انواع و کاربرد آرماتور حرارتی
• نقش فولاد زنگ نزن در آینده حمل و نقل

ضریب انتقال حرارت انواع فلزات

در رتبه نخست ضریب انتقال حرارت برای انواع فلزات، نقره و مس به ترتیب با ضریب ۴۰۱ و ۴۲۹ وات/متر-K قرار دارند. پس از این ۲ فلز استراتژیک، فلزاتی مانند آلومینیوم با ضریب ۲۳۷، فلز برنج ۱۱۱، برنز ۷۶، آهن ۷۳، آهن فرفورژه ۵۹، فولاد کربنی  ۵۱، سرب ۳۵ و فولاد زنگ نزن ۱۶ وات/متر-K رتبه‌بندی می‌شوند.

در راستای پاسخ به این پرسش که بهترین فلز برای انتقال حرارت کدام است، باید اشاره کنیم که از بین فلزات رایج، نقره، مس و آلومینیوم دارای بالاترین رسانایی حرارتی هستند. در حالی که فولاد زنگ نزن و سرب کمترین رسانایی حرارتی را دارند. رسانایی حرارتی یک ویژگی بسیار مهم در هنگام تصمیم‌گیری برای استفاده از فلزات برای کاربردهای خاص است.

از آنجایی که مس یک رسانای عالی جهت انتقال گرما و حرارت به حساب می‌آید، برای مبدل‌های حرارتی، سینک‌های حرارتی و حتی کف قابلمه مناسب است. در ضمن فولاد رسانای ضعیفی برای گرما و حرارت است و برای محیط‌های با دمای بالا مانند موتورهای هواپیما خوب عمل می‌کند.

بهترین فلز انتقال‌ دهنده حرارت

امروزه فلزات مختلفی برای انتقال بهتر حرارت تولید می‌شوند که می‌توانند مقاومت لازم برای انتقال حرارت را برای وسایل گرمایشی و لوازم خانگی شما به وجود آورند. از جمله این فلزات می‌توان به نقره، مس، آلومینیوم، فلز برنج و … اشاره کرد.

نقره

نقره یکی از بهترین فلزات برای انتقال حرارت است؛ زیرا به عنوان یک بازتابنده قوی عمل می‌کند. به همین دلیل، نقره در اقلام متعددی مانند برد مدارها و باتری‌ها کاربرد دارد.

مس

مس یکی دیگر از رسانای خوب گرما و حرارت است؛ زیرا گرما را به سرعت جذب می‌کند و آن را برای مدت طولانی نگه می‌دارد. علاوه بر این، مس در برابر خوردگی نیز مقاوم است. مس به دلیل تطبیق‌پذیری بالا در انتقال حرارت، اغلب در ظروف آشپزی، کامپیوترها و سیستم‌های گرمایشی یافت می‌شود.

در راستای پاسخ به این پرسش که بهترین فلز برای انتقال حرارت کدام است، باید اشاره کنیم که مس رسانایی حرارتی بسیار بالایی دارد و نسبت به نقره به عنوان بهترین فلز برای هدایت گرما، بسیار ارزان تر و در دسترس تر است. مس در برابر خوردگی و رسوب زیستی مقاوم است و همین امر آن را به ماده مناسبی برای آبگرمکن‌های خورشیدی، آبگرمکن‌های گازی، مبدل‌های حرارتی صنعتی، یخچال‌ها، تهویه، پمپ‌های حرارتی و شوفاژ تبدیل می‌کند.
بیشتر بخوانید:
معرفی بهترین لوله برای شوفاژ

آلومینیوم

اگرچه آلومینیوم به اندازه مس قوی نیست، اما همچنان در انتقال گرما و حرارت بسیار خوب عمل می‌کند. برخلاف مس، آلومینیوم قیمت کمتری دارد، به همین دلیل است که اغلب برای ساخت ظروف پخت و پز استفاده می‌شود. علاوه بر این، آلومینیوم در چراغ‌های LED به عنوان هیت سینک مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ زیرا به کارکرد بهتر چراغ‌ها بدون گرم شدن بیش از حد کمک می‌کند.

فلز برنج

در راستای پاسخ به این پرسش که بهترین فلز برای انتقال حرارت کدام است، باید اشاره کنیم که برنج فلزی بسیار سخت است و می‌توان آن را تا دمای ۱۷۲۰ درجه فارنهایت گرم کرد. این فلز آلیاژی ترکیبی از مس و روی است که به آن کمک می‌کند تا گرما و حرارت را به خوبی انتقال دهد. به دلیل جذب حرارت قوی، فلز برنج می‌تواند فورا میکروب‌ها را از بین ببرد. همین ویژگی‌ها باعث شده است که فلز برنج به یک فلز محبوب برای استفاده در دستگیره‌های درب و موارد مشابه که اغلب قبل لمس هستند، شناخته شود.

ضریب هدایت حرارتی فولاد

محصولات فولادی نیز قابلیت انتقال حرارت را دارند اما نسبت به سایر آلیاژها کمتر است. به طوری که از فولاد زنگ نزن برای کاربردهای مهمی مانند موتور هواپیما، توربین‌های بخار و گاز در نیروگاه‌ها که نیاز به مقاومت در برابر حرارت دارند، استفاده می‌شود. ضریب حرارتی فولاد کربنی  ۵۱، آهن ۷۳، آهن فرفورژه ۵۹ و فولاد زنگ نزن ۱۶ وات/متر-K است.

مهم‌ترین کاربردهای فلزات رسانای حرارتی

در راستای پاسخ به این پرسش که بهترین فلز برای انتقال حرارت کدام است، در ادامه به مهم‌ترین کاربردهای فلزات رسانای حرارتی اشاره می‌کنیم:

• قطعات الکترونیک
• تجهیزات پزشکی
• تجهیزات آزمایشگاهی
• تجهیزات ساختمانی
• سیم‌کشی برق

کاربرد فلزاتی که نیاز به انتقال حرارت دارند

در اینجا به چند کاربرد مهم اشاره می‌شود که به فلزاتی نیاز دارند که گرما و حرارت را به خوبی انتقال می‌دهند.

۱- مبدل‌های حرارتی

مبدل حرارتی یک دستگاه است که در آن هدایت حرارتی مناسب در اولویت اقدامات قرار دارد. مبدل‌های حرارتی کار خود را با انتقال گرما و حرارت برای رسیدن به گرمایش یا سرمایش انجام می‌دهند.

مس یک انتخاب محبوب برای مبدل‌های حرارتی در تاسیسات صنعتی، تهویه، تبرید، مخازن آب گرم و سیستم‌های گرمایش از کف است. رسانایی حرارتی بالای مس باعث می‌شود که گرما به سرعت از آن عبور کند. مس دارای خواص مطلوب دیگری در مبدل‌های حرارتی است که شامل مقاومت در برابر خوردگی، رسوب زیستی، تنش و انبساط حرارتی می‌شود.

علاوه بر این آلومینیوم می‌تواند در برخی از مبدل‌های حرارتی به عنوان یک جایگزین مقرون به صرفه برای مس استفاده شود. مبدل‌های حرارتی به طور معمول تحت شرایط زیر استفاده می‌شوند:

• تاسیسات صنعتی

مبدل‌های حرارتی در تاسیسات صنعتی شامل نیروگاه‌های فسیلی و هسته‌ای، نیروگاه‌‌های شیمیایی، نیروگاه‌های دریایی استفاده می‌شود. همچنین در تاسیسات صنعتی از آلیاژ مس و نیکل برای ساخت لوله مبدل حرارتی استفاده می‌گردد. 

در راستای پاسخ به این پرسش که بهترین فلز برای انتقال حرارت کدام است، باید اشاره کنیم که این آلیاژ در برابر خوردگی محیط‌های آب شور مقاوم است. همچنین مقاومت بالایی در برابر رسوب زیستی مناسب برای جلوگیری از تشکیل جلبک‌ها و خزه‌های دریایی از خود نشان می‌دهد. آلومینیوم و فلز برنج دارای خواص مشابهی هستند که می‌توانند به عنوان جایگزین مس مورد استفاده در تاسیسات صنعتی قرار گیرند.

• سیستم‌های حرارتی خورشیدی

آبگرمکن‌های خورشیدی روشی مقرون به صرفه برای گرم کردن آب هستند که در آن از یک لوله مسی برای انتقال انرژی حرارتی خورشید به آب استفاده می‌شود. مس به دلیل رسانایی حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی هوا و آب به همراه استحکام مکانیکی بالا، در سیستم‌های حرارتی خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• آبگرمکن‌های گازی

مبدل‌های حرارتی گازی، گرمای تولید شده توسط سوخت‌های گاز را به آب منتقل می‌کنند. آن‌ها در بویلرهای مسکونی و تجاری رایج هستند. برای آبگرمکن‌های گازی، استفاده از مس به دلیل رسانایی حرارتی بالا و سهولت ساخت، در اولویت قرار دارد.

• گرمایش و سرمایش هوا

از دیرباز تا به امروز، مبدل‌های حرارتی با استفاده از هوا برای گرمایش مسکونی و تجاری استفاده می‌شود. آن‌ها از طریق تبادل حرارت هوا به هوا از طریق واحدهای اپراتور کار می‌کنند. علاوه بر این، آن‌ها را می‌توان در دیگ‌ها و اجاق‌ها استفاده کرد. مس یکی از بهترین فلزات برای انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی است.

۲- سینک‌های حرارتی

سینک‌های حرارتی نوعی مبدل حرارتی هستند که گرمای تولید شده توسط یک دستگاه الکترونیکی یا مکانیکی را به سیال خنک‌کننده متحرک انتقال می‌دهند. سیال خنک‌کننده، گرما را از دستگاه خارج می‌کند و اجازه می‌دهد تا در دمای مورد نظر خنک شود.

کامپیوترها از هیت سینک برای خنک کردن واحدهای پردازش مرکزی یا پردازنده‌های گرافیکی استفاده می‌کنند. هیت سینک‌ها برای به حداکثر رساندن سطح تماس با سیال خنک‌کننده طراحی شده‌اند. سینک‌های حرارتی همچنین در دستگاه‌های پرقدرت مانند ترانزیستورها، دیودهای ساطع کننده نور (LED) استفاده می‌شوند.

در راستای پاسخ به این پرسش که بهترین فلز برای انتقال حرارت کدام است، باید اشاره کنیم که آلومینیوم متداول‌ترین ماده تشکیل‌دهنده هیت سینک به حساب می‌آید؛ زیرا قیمت آلومینیوم کمتر از مس است. با این حال، مس در جایی استفاده می‌شود که سطوح بالاتری از هدایت حرارتی مورد نیاز باشد. برخی از هیت سینک‌ها از ترکیب پره‌های آلومینیومی با پایه مسی استفاده می‌کنند.

۳- ظروف آشپزی

برای لوازم خانگی، بیشتر از فلز با هدایت حرارتی مناسب به ویژه در ظروف پخت و پز استفاده می‌شود. وقتی غذای خود را گرم می‌کنید، احتمالا نمی‌خواهید تمام روز منتظر آن بمانید. به همین دلیل است که از مس در کف ظروف با کیفیت بالا استفاده می‌شود؛ زیرا این فلز به سرعت گرما را انتقال می‌دهد و آن را به طور یکنواخت در سطح خود پخش می‌کند. با این حال، اگر بودجه کمی دارید، می‌توانید از ظروف آلومینیومی به عنوان جایگزین ظروف مسی استفاده کنید.

کلام آخر

در این مقاله تلاش کردیم تا درباره بهترین فلز برای انتقال حرارت صحبت کنیم. انتقال حرارت در برخی محصولات، یک امر ضروری و مهم است. بهترین فلزات برای انتقال حرارت شامل نقره، مس، آلومینیوم و فلز برنج می‌شود. سایر فلزات نیز در انتقال حرارت مفید هستند اما نسبت به موارد گفته شده، ضریب حرارتی کمتری دارند. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره فلزات رسانای حرارتی، با ما تماس بگیرید. گروه کارشناسان ما در وب سایت کارآهن، آماده پاسخگویی به شما عزیزان هستند.

سوالات متداول