Является ли металл хорошим теплозащитным экраном??

Если использовать определенным образом, металл действительно может служить хорошим теплозащитным экраном. В то же время, если металл используется по-другому, он может выступать в качестве хорошего теплоотвода, что является противоположностью теплового экрана.

Металл может служить как хорошим теплозащитным экраном, так и хорошим теплоотводом., в зависимости от того, как он используется. Изображение в общественном достоянии, источник: Кристофер С.. Бэрд

Существует три способа переноса тепла из одного места в другое.: через излучение, через проводимость, и через конвекцию. Тепловое излучение состоит из электромагнитных волн, которые излучаются объектами из-за их температуры.. Тепловое излучение переносит энергию и, следовательно, переносит тепло. Поскольку тепловое излучение является формой света, он стреляет прямыми линиями, легко путешествует по свободному пространству, и легко блокируется материалами. Тепло, которое вы чувствуете, сидя у костра, связано с тепловым излучением, испускаемым огнем.. Теплопроводность — это передача тепла между двумя телами при непосредственном контакте.. Тепло, которое вы чувствуете, когда берете кружку горячего какао, связано с теплопроводностью.. Конвекция – это перенос тепла за счет объемного движения жидкости.. Тепло, которое вы чувствуете, когда кладете лицо над кружкой горячего какао, возникает благодаря конвекции..

Ключевым свойством, отличающим металл, является наличие большого количества электронов, которые могут свободно перемещаться.. Это свойство делает металлы хорошими проводниками электричества., Вот почему в электрических цепях так много металла. Это свойство также придает металлам некоторые интересные термические свойства.. Поскольку электроны проводимости в металлах могут свободно перемещаться, они способны быстро и легко реагировать на колебания электромагнитных полей, присутствующих в тепловом излучении. Этот сильный отклик приводит к сильному отражению теплового излучения.. Это чем-то похоже на то, как проворный и беспрепятственный бейсбольный аутфилдер способен быстро и эффективно возвращать мячи обратно на приусадебный участок.. По этой причине, металлы являются отличными экранами для теплового излучения. Если основным способом переноса тепла в конкретной системе является тепловое излучение, тогда металлы - отличные теплозащитные экраны. Обратите внимание, что металл будет отражать большую часть теплового излучения только в том случае, если металл достаточно толстый.; толщиной порядка миллиметра и более. Если металл слишком тонкий, тепловое излучение может просачиваться через металл в процессе, называемом волновым туннелированием..

Свободные электроны в металлах также делают металлы хорошими теплопроводниками.. Электроны могут поглощать энергию в одном месте, а затем свободно перемещаться в другое место., несущие с собой тепловую энергию. Следовательно, если металл находится в прямом контакте с горячим предметом, быстро отводит тепло от объекта. Если основной способ переноса тепла в конкретной системе – теплопроводность, и если металл находится в контакте с горячим предметом, тогда металл плохой теплозащитный экран.

Мы уже рассмотрели тепловое излучение и теплопроводность.. В обоих случаях, свободные электроны в металлах играют важную роль. Для последнего механизма переноса тепла, конвекция, свободные электроны роли не играют. Для конвекции требуется жидкий материал, который может перемещаться. типично, металлы твердые, не текучий, и поэтому не участвуют в конвекции. более того, даже если воздух или вода действуют как жидкость, обеспечивающая конвекцию, большие твердые куски металла могут блокировать воздух или воду и мешать им двигаться. Если основным способом переноса тепла в конкретной системе является тепловая конвекция, тогда большой цельный кусок металла может стать отличным теплозащитным экраном. Если в металле много отверстий или каналов, через которые проходят жидкости, тогда это будет плохой тепловой экран в плане конвекции.

В действительности, обычно присутствуют все три механизма переноса тепла. Это означает, что металл может быть как хорошим теплозащитным, посредственный тепловой экран, или плохой теплозащитный экран, в зависимости от того, как мы его используем.

На основании обсуждения выше, Теперь мы можем определить, как превратить металл в хороший теплозащитный экран.. Мы должны использовать большой лист металла, который не имеет ни отверстий, ни каналов.. Поместив этот лист металла вокруг источника тепла, он будет отражать тепловое излучение, создаваемое источником тепла, и блокировать большую часть тепловой конвекции.. В то же время, так как металлы являются хорошими теплопроводниками, мы должны быть осторожны, чтобы металл не вступал в прямой контакт с источником тепла. Между металлом и источником тепла должен быть воздушный зазор.. Это делается для того, чтобы металл не отводил тепло от источника посредством теплопроводности.. Если все эти шаги предприняты, тогда все три вида теплопереноса будут заблокированы и металл будет служить отличным теплозащитным экраном.

Например, считайте, что вы только что приготовили индейку и хотите сохранить ее теплой. Окружив индейку теплозащитным экраном, вы можете предотвратить утечку тепла и предотвратить охлаждение индейки. Лучший способ сделать это — взять сплошной лист алюминиевой фольги и обернуть им индейку., следите за тем, чтобы между индейкой и фольгой оставался небольшой воздушный зазор. Фольга будет отражать тепловое излучение обратно в индейку., блокирует тепловые конвекционные потоки, а воздушный зазор будет гарантировать, что металл не будет термически отводить тепло.

По сравнению, мы также можем сделать металл плохим теплозащитным экраном, или другими словами хороший теплоотвод. Прежде всего, мы должны сделать много отверстий или каналов в металле, чтобы позволить конвекционным потокам проходить через. Формирование металла, чтобы иметь много плавников, шипы, отверстия и каналы способствуют конвекции, а также увеличивает площадь поверхности, через которую металл может передавать тепло воздуху.. во-вторых, мы должны поместить металл в прямой контакт с источником тепла, чтобы мы могли воспользоваться преимуществами высокой теплопроводности металла. наконец, мы должны сделать металл очень тонким, чтобы тепловое излучение могло просачиваться через. тем не мение, очень тонкий металл обычно слишком слаб, чтобы держать свою форму, так что этот последний шаг часто пропускается. Когда применяются эти подходы, металл будет действовать как очень хороший теплоотвод и очень плохой теплозащитный экран.

кредит:HTTPS://wtamu.edu/~cbaird/sq/2016/03/08/металл-хороший-теплозащитный экран/