Κρατική Διεξαγωγή

Μεταξύ των δύο βασικών μεθόδων αγωγιμότητας της θερμότητας στη θερμική ενέργεια, η αγωγιμότητα σταθερής κατάστασης είναι μία από τις πιο σημαντικές έννοιες που πρέπει να μελετηθούν. Δεδομένου ότι η ίδια η θερμική αγωγιμότητα είναι μια σημαντική ιδιότητα της ύλης, η αγωγιμότητα σταθερής κατάστασης και οι σχετικές έννοιες μπορούν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τη σημασία τους σε σχέση με τη θερμική αγωγιμότητα και τις ευρείες εφαρμογές της.

Στο παρακάτω άρθρο, θα διερευνήσουμε τι είναι αγωγιμότητα σταθερής κατάστασης και όλες τις σημαντικές έννοιες που σχετίζονται με αυτήν.

Έννοια της αγωγιμότητας σε σταθερή κατάσταση

Η αγωγιμότητα σταθερής κατάστασης, σε αντίθεση με τη μεταβατική μεταφορά θερμότητας, χαρακτηρίζεται από τη μεταφορά θερμότητας με σταθερό ρυθμό μεταφοράς θερμότητας σε όλο το αντικείμενο. Με απλά λόγια, η θερμοκρασία παραμένει ίδια καθ' όλη τη διάρκεια της αγωγιμότητας σε σταθερή κατάσταση.

Ανεξάρτητα από τον τρόπο μεταφοράς, ο ρυθμός ροής θερμότητας παραμένει ο ίδιος σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή σε περίπτωση μεταφοράς θερμότητας σε σταθερή κατάσταση. Μπορεί επίσης να εξηγηθεί ως προς τη θερμοκρασία που ρέει μέσα από ένα αντικείμενο και την αντιμετώπισή του ως μεταβλητή ενώ η θερμοκρασία του άλλου συστήματος παραμένει σταθερή. Ωστόσο, αυτό το στάδιο έρχεται συνήθως όταν επιτυγχάνεται η θερμική ισορροπία κατά τη μεταφορά θερμότητας.

Παραδείγματα αγωγιμότητας σε σταθερή κατάσταση

Ένα από τα πρώτα παραδείγματα αγωγιμότητας σταθερής κατάστασης στην πραγματική ζωή είναι ένα μονωμένο σπίτι. Παρέχει αντίσταση στη ροή της θερμότητας και μπορεί εύκολα να μειώσει το κόστος ψύξης και θέρμανσης. Επιπλέον, παρέχει επίσης καλή άνεση και ενισχύει την ενεργειακή απόδοση.

• Τα πιο κοινά υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μόνωση περιλαμβάνουν ένα στρώμα υλικού χαμηλότερης αγωγιμότητας που προστίθεται στους τοίχους.
• Η θερμότητα ρέει συνήθως από όλους τους σημαντικούς χώρους διαβίωσης που βρίσκονται ο ένας δίπλα στον άλλο, ειδικά κατά τη χειμερινή περίοδο.

Ανάμεσα στα δεύτερα και πιο συχνά εντοπιζόμενα παραδείγματα αγωγιμότητας σταθερής κατάστασης είναι η θέρμανση των φορητών υπολογιστών. Είναι ένα εξαιρετικά κοινό πρόβλημα που συνήθως αντιμετωπίζουν οι χρήστες στην καθημερινότητά τους. Ωστόσο, είναι ένα σοβαρό ζήτημα και οι σχεδιαστές πρέπει να το λάβουν υπόψη κατά τον σχεδιασμό της δαπάνης του προϊόντος.

Όταν παραμεληθεί, μπορεί επίσης να οδηγήσει σε σοβαρούς τραυματισμούς και άλλα κρίσιμα ζητήματα ασφάλειας. Παρόλο που πολλοί σύγχρονοι φορητοί υπολογιστές διαθέτουν έναν ανεμιστήρα ψύξης συνδεδεμένο στα εσωτερικά μέρη ενός φορητού υπολογιστή, ο οποίος προορίζεται για την εξισορρόπηση της θερμοκρασίας.

Στην περίπτωση των φορητών υπολογιστών, η εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία θερμική αγωγιμότητα σχεδιάζεται συνήθως για τα μέρη της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας, ενώ η ορθοτροπική θερμική αγωγιμότητα προορίζεται για το PCB. Το υπόλοιπο τμήμα συνήθως συνδυάζεται με ισότροπη θερμική αγωγιμότητα και σταθερή θερμική αγωγιμότητα.

Αγωγή σταθερής κατάστασης σε επίπεδα τοιχώματα

Στην περίπτωση των επίπεδων τοιχωμάτων, η αγωγιμότητα σταθερής κατάστασης λαμβάνει χώρα διαφορετικά. Η ενέργεια μεταφέρεται από συγκριτικά πιο ενεργητικά σωματίδια σε λιγότερο ενεργητικά και οι αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μεταξύ των σωματιδίων δεν παραμένουν σταθερές. Ένα από τα εξέχοντα παραδείγματα αγωγιμότητας σταθερής κατάστασης που μπορούν να ληφθούν εδώ είναι ένα μεγάλο επίπεδο τοίχο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η μεταφορά θερμότητας είναι η μόνη πιθανή εισαγωγή ενέργειας που μπορεί να πραγματοποιηθεί δεδομένου ότι το ενεργειακό ισοζύγιο για το αντικείμενο εκφράζεται ως λειτουργία σταθερής κατάστασης.

Εκτός από αυτό, ο ρυθμός αγωγιμότητας της θερμότητας μέσω των στρωμάτων τέτοιων αντικειμένων είναι συνήθως ανάλογος με τη διαφορά θερμοκρασίας σε διάφορα στρώματα και περιοχές όπου λαμβάνει χώρα η μεταφορά θερμότητας. Ωστόσο, αυτό είναι συνήθως αντιστρόφως ανάλογο με το πάχος του στρώματος.

Θερμική αγωγιμότητα

Σε σχέση με τη συζήτηση, η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να οριστεί ως ένας αριθμός που μετρά την ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει θερμότητα μέσω αυτού. Ορίζεται επίσης ως προς τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας που μπορεί να περάσει μέσα από μια μονάδα πάχους υλικού ανά μονάδα επιφάνειας και ανά μονάδα απόστασης θερμοκρασίας 

Πολλές ιδιότητες της θερμικής αγωγιμότητας περιλαμβάνουν –

• Συνεχίζει να αλλάζει με διαφορετικές θερμοκρασίες και αναγνωρίζεται μέσω διαφορετικών πειραμάτων.
• Η θερμική αγωγιμότητα διαφορετικών υλικών δείχνει μια σημαντική αλλαγή στις θερμοκρασίες τους γύρω στο 0. Σε αυτό το στάδιο συνήθως αυτά τα αντικείμενα γίνονται υπεραγωγοί.
• Αυτή η διαδικασία είναι συνήθως συμβατή με ισοτροπικά υλικά που προκαλούν τις ίδιες ιδιότητες σχεδόν σε όλες τις κατευθύνσεις.
• Είναι επίσης συμβατό με τους περισσότερους μονωτές που χρησιμοποιούνται κυρίως για τη δημιουργία αντίστασης στη ροή θερμότητας. Διαθέτουν χαμηλά επίπεδα θερμικής αγωγιμότητας και έτσι δεν επιτρέπουν στον ηλεκτρισμό να περάσει εύκολα από μέσα τους.

Έννοια της θερμικής ανάλυσης σταθερής κατάστασης

Η ανάλυση των διακυμάνσεων στις ιδιότητες μιας ουσίας σε σταθερή θερμοκρασία είναι γνωστή ως θερμική ανάλυση σταθερής κατάστασης. Στη χημεία, η σταθερή κατάσταση αναφέρεται στο στάδιο όπου μια χημική αντίδραση έχει σταθερή συγκέντρωση του άμεσου προϊόντος της και ο ρυθμός της αντίδρασης μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας το βήμα προσδιορισμού της ταχύτητας.

Ωστόσο, αυτό μπορεί να γίνει μόνο στην περίπτωση που μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση συμβαίνει σε διαφορετικά επίπεδα. Αν και αυτή η διαδικασία είναι συνήθως πιο αργή σε σύγκριση με άλλες, είναι ακόμα δυνατό να αναλυθούν τα βήματα αντίδρασης που μπορούν να αναγνωριστούν. Σε περίπτωση που δεν είναι αναγνωρίσιμο, θεωρούμε το άμεσο προϊόν με σταθερή συγκέντρωση για μικρότερη διάρκεια.

Συμπέρασμα

Με λίγα λόγια, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η αγωγιμότητα σε σταθερή κατάσταση έρχεται σε αντίθεση με την έννοια της μεταβατικής μεταφοράς θερμότητας. Η αγωγιμότητα σταθερής κατάστασης λέγεται ότι προσαρμόζεται όταν η θερμοκρασία ενός αντικειμένου σε όλες τις δεδομένες περιοχές και χρονικά σημεία παραμένει σταθερή και δεν αλλάζει. Η μελέτη της σημασίας της θερμικής ανάλυσης σταθερής κατάστασης είναι εξίσου σημαντική γιατί μας δίνει τη δυνατότητα να αναλύσουμε τις διακυμάνσεις στις ιδιότητες της δεδομένης ουσίας μέσω των οποίων συμβαίνει η θερμική αγωγιμότητα. Έτσι, η αγωγιμότητα σταθερής κατάστασης είναι ένα σημαντικό φαινόμενο που πρέπει να μελετηθεί λεπτομερώς για να κατανοηθούν οι εμπλεκόμενες ιδιαιτερότητες και οι εφαρμογές τους σε πραγματικά παραδείγματα.