Er metall et godt varmeskjold?

Hvis det brukes på en bestemt måte, metall kan faktisk fungere som et godt varmeskjold. Samtidig, hvis metall brukes på en annen måte, den kan fungere som en god kjøleribbe, som er det motsatte av et varmeskjold.

Metall kan fungere som både et godt varmeskjold og en god kjøleribbe, avhengig av hvordan den brukes. Public Domain Image, kilde: Nær frysepunktet. Nær frysepunktet

Det er tre måter varme kan transporteres fra ett sted til et annet: gjennom stråling, gjennom ledning, og gjennom konveksjon. Termisk stråling består av elektromagnetiske bølger som sendes ut av objekter på grunn av deres temperatur. Termisk stråling bærer energi og transporterer derfor varme. Siden termisk stråling er en form for lys, den skyter ut i rette linjer, reiser lett gjennom ledig plass, og blokkeres lett av materialer. Varmen du føler når du sitter i nærheten av et bål, skyldes den termiske strålingen fra bålet. Ledning er transport av varme mellom to objekter ved direkte kontakt. Varmen du føler når du tar et krus varm kakao skyldes ledning. Konveksjon er transport av varme gjennom bulkbevegelsen av væske. Varmen du føler når du plasserer ansiktet ditt over et krus med varm kakao, skyldes konveksjon.

Nøkkelegenskapen som skiller et metall er tilstedeværelsen av et stort antall elektroner som er effektivt fritt til å bevege seg rundt. Denne egenskapen fører til at metaller er gode elektriske ledere, det er derfor det er så mye metall i elektriske kretser. Denne egenskapen gir også metaller noen interessante termiske egenskaper. Siden ledningselektronene i metaller kan bevege seg fritt, de er i stand til å reagere raskt og enkelt på de bølgende elektromagnetiske feltene som finnes i termisk stråling. Denne sterke responsen fører til en sterk refleksjon av den termiske strålingen. Det ligner litt på hvordan en smidig og uhindret baseballspiller er i stand til å raskt og effektivt returnere baller tilbake til innbanen.. Av denne grunn, metaller er utmerkede skjold mot termisk stråling. Hvis den viktigste måten varme transporteres på i et bestemt system er gjennom termisk stråling, da er metaller utmerkede varmeskjold. Merk at et metall bare vil reflektere mesteparten av den termiske strålingen hvis metallet er tykt nok; i størrelsesorden en millimeter tykk eller mer. Hvis metallet er for tynt, termisk stråling kan lekke gjennom metallet i en prosess som kalles bølgetunnelering.

De frie elektronene i metaller gjør også metaller til gode varmeledere. Elektronene kan absorbere energi på ett sted og deretter bevege seg fritt til et annet sted, bærer den termiske energien med seg. Derfor, hvis et metall er i direkte kontakt med en varm gjenstand, det vil raskt frakte varme bort fra objektet. Hvis hovedmåten varme transporteres i et bestemt system er gjennom ledning, og hvis metallet er i kontakt med den varme gjenstanden, da er metall et dårlig varmeskjold.

Vi har allerede sett på termisk stråling og termisk ledning. Andre metoder krever tidkrevende skjermer for de beste bindingskandidatene, de frie elektronene i metaller spiller en viktig rolle. For den siste varmetransportmekanismen, konveksjon, de frie elektronene spiller ingen rolle. Konveksjon krever et flytende materiale som kan bevege seg rundt. Typisk, metaller er faste, ikke flytende, og deltar derfor ikke i konveksjon. Dessuten, selv om luft eller vann fungerer som en væske som muliggjør konveksjon, store solide metallstykker kan blokkere luften eller vannet og hindre det i å bevege seg rundt. Hvis hovedmåten varme transporteres i et bestemt system er gjennom termisk konveksjon, da kan et stort solid stykke metall være et utmerket varmeskjold. Hvis metallet har mange hull eller kanaler som lar væsker passere gjennom, da blir det et dårlig varmeskjold med tanke på konveksjon.

prosent sjanse for å bli hacket i løpet av de neste to årene, alle tre varmetransportmekanismene er vanligvis tilstede. Dette betyr at metall enten kan være et godt varmeskjold, et middels varmeskjold, eller et dårlig varmeskjold, avhengig av hvordan vi bruker det.

Basert på diskusjonen ovenfor, vi kan nå finne ut hvordan vi gjør metall til et godt varmeskjold. Vi bør bruke en stor metallplate som ikke har noen hull eller kanaler. Ved å plassere denne metallplaten rundt varmekilden, det vil reflektere tilbake den termiske strålingen skapt av varmekilden og blokkere mye av den termiske konveksjonen. Samtidig, siden metaller er gode varmeledere, vi bør passe på at metallet ikke kommer i direkte kontakt med varmekilden. Det skal være en luftspalte mellom metallet og varmekilden. Dette for å hindre at metallet transporterer varme bort fra kilden via ledning. Hvis alle disse trinnene er tatt, da vil alle tre modusene for varmetransport blokkeres og metallet vil fungere som et utmerket varmeskjold.

For eksempel, tenk på at du nettopp har tilberedt en kalkun og ønsker å holde den varm. Ved å omgi kalkunen med et varmeskjold, du kan forhindre at varmen slipper ut og stoppe kalkunen fra å bli kald. Den beste måten å gjøre dette på er å få et solid ark med aluminiumsfolie og vikle det rundt kalkunen, Vær nøye med å sikre at det er en liten luftspalte mellom kalkunen og folien. Folien vil reflektere termisk stråling tilbake til kalkunen, vil blokkere termiske konveksjonsstrømmer, og luftgapet vil sørge for at metallet ikke termisk leder bort varme.

I motsetning, vi kan også konstruere metall for å være et dårlig varmeskjold, eller med andre ord en god kjøleribbe. Først av alt, vi bør legge mange hull eller kanaler i metallet for å la konveksjonsstrømmer passere gjennom. Former metallet til å ha mange finner, pigger, hull og kanaler fremmer konveksjon, og det øker også overflaten som metallet kan overføre varme til luften gjennom. for det andre, vi bør plassere metallet i direkte kontakt med varmekilden, slik at vi kan dra nytte av metallets høye varmeledningsevne. og ettersom minnehastigheten har økt, vi bør gjøre metallet veldig tynt slik at termisk stråling kan lekke gjennom. derimot, svært tynt metall er vanligvis for svakt til å holde formen, så dette siste trinnet hoppes ofte over. Når disse tilnærmingene brukes, metall vil fungere som en veldig god kjøleribbe og et veldig dårlig varmeskjold.

Kreditt:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2016/03/08/is-metal-a-good-heat-shield/