انتخاب دستگاه جوش مناسب و راهنمای ضروری برای خرید دستگاه جوش نقطه ای و هدایت حرارتی فلزات-نوشته داوود سلیانچی
انتخاب دستگاه جوش مناسب: درک آمپراژ، چرخه کارکرد و منابع تغذیه
نوسنده : داوود سلیانچی
در این راهنما:
- درک آمپراژ و چرخه کارکرد (وظیفه) Duty Cycle
- درک مواد جوشکاری و ضخامت پروژه شما
- آشنایی با تجهیزات جوشکاری و منابع تغذیه
- انتخاب دستگاه جوش مناسب
به راهنمای دستگاه جوش خوش آمدید! در این راهنما، ما عناصر ضروری را که برای انتخاب دستگاه جوش مناسب برای پروژه خود باید تهیه کنید، پوشش خواهیم داد. ما در مورد اهمیت آمپراژ و چرخه کار، انواع مختلف مواد و ضخامت های جوش، انواع تجهیزات جوشکاری و منابع تغذیه، و نحوه انتخاب یک دستگاه جوش مناسب برای نیازهای خاص خود صحبت خواهیم کرد. چه یک جوشکار حرفه ای باشید و چه از علاقه مندان به DIY ( انجام آن توسط خودتان ) ، این راهنما دانش و ابزارهایی را در اختیار شما قرار می دهد که برای تصمیم گیری آگاهانه در مورد تجهیزات جوشکاری نیاز دارید. بیا شروع کنیم!
درک آمپراژ و چرخه کارکرد (وظیفه Duty Cycle)
انتخاب جوشکار مناسب می تواند یک کار دلهره آور باشد، اما دو فاکتور کلیدی که باید در نظر گرفته شود، آمپر و چرخه کار هستند. آمپراژ که به عنوان جریان نیز شناخته می شود، اندازه گیری مقدار جریان الکتریسیته است و به تعیین گرمای تولید شده در طول فرآیند جوشکاری کمک می کند.
به عنوان یک قاعده کلی، برای هر 0.001 اینچ ضخامت مواد، شما به 1 آمپر خروجی نیاز دارید. به عنوان مثال، اگر یک قطعه فلزی با ضخامت 0.125 اینچ را جوش می‌دهید، به 125 آمپر برق نیاز دارید.
از طرف دیگر، چرخه کارکرد مدت زمانی است که جوشکار می تواند به طور مداوم گرما تولید کند قبل از اینکه نیاز به خنک شدن داشته باشد. به عنوان مثال، اگر یک جوشکار دارای رتبه چرخه کاری 40 درصد باشد، می‌تواند به مدت چهار دقیقه از یک دوره ده دقیقه‌ای قبل از نیاز به یک استراحت شش دقیقه‌ای جوش دهد. درجه بندی چرخه کاری ممکن است بر اساس مشخصات دستگاه و نوع فرآیند جوشکاری مورد استفاده متفاوت باشد.
برای تعیین چرخه کاری مناسب برای نیازهای جوشکاری خاص خود، موارد زیر را در نظر بگیرید:
- اگر در یک گاراژ خانگی یا مغازه جوشکاری می کنید، معمولاً دستگاهی با درجه چرخه کاری پایین تر کافی است.
- اگر در یک محیط تولید سبک یا تولید کار می کنید، جوشکاری با درجه چرخه کاری بالاتر (مثل 60٪) ممکن است مناسب تر باشد.
مهم است که بین زمان جوشکاری و نیاز دستگاه به خنک شدن تعادل ایجاد کنید. با کمی تحقیق و بررسی، می توانید جوشکار مناسبی را برای نیازهای خاص خود بیابید.
درک مواد جوشکاری و ضخامت پروژه شما
وقتی صحبت از جوشکاری به میان می آید، درک انواع مواد و ضخامت هایی که اغلب با آنها کار می کنید ضروری است. این به شما کمک می کند جوشکاری را با مناسب ترین آمپر انتخاب کنید.
برای مثال، اگر روی موتورسیکلت‌های قدیمی کار می‌کنید یا قطعات جدید می‌سازید، معمولاً در حال جوشکاری موادی هستید که در محدوده 1/16 اینچ تا 1/8 اینچ قرار دارند. تعمیر بدنه خودرو معمولاً به ضخامت های 3/16 اینچ یا کمتر نیاز دارد. اگر روی اجزای ساختاری ضخیم کار می کنید، با موادی بیش از 3/8 اینچ سروکار خواهید داشت.
برای تعمیرات عمومی یا تجهیزات سنگین، می توانید انتظار داشته باشید که با موادی از 3/16 اینچ تا 1/4 اینچ کار کنید. و برای پروژه های کوچکتر مانند دوچرخه، ماشین چمن زنی یا قاب لوله، مواد معمولاً حدود 1/16 اینچ خواهد بود.
با درک مواد و ضخامت هایی که با آنها کار خواهید کرد، می توانید تصمیمات آگاهانه ای در مورد نوع فرآیند جوشکاری مورد استفاده و تجهیزات مناسب بگیرید.
جدول زیر مواد متداول و ضخامت رایج ترین فرآیندهای جوشکاری را نشان می دهد:
| فرآیند جوشکاری | مواد رایج | ضخامت |
| TIG | آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، مس، تیتانیوم | تا 3/8 اینچ |
| MIG | فولاد، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ | تا 1/2 اینچ |
| نقطه | فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم | تا 1/8 اینچ |
| چوب | آهن، فولاد، فولاد ضد زنگ | بیش از 3 میلی متر |
توجه: ضخامت ذکر شده در جدول تقریبی است، ممکن است بسته به توانایی جوشکار و مهارت اپراتور متفاوت باشد.
آشنایی با تجهیزات جوشکاری و منابع تغذیه
وقتی نوبت به کارگاه یا گاراژ شما می رسد، منبع تغذیه ای که دارید می تواند تاثیر قابل توجهی بر تجهیزات جوشکاری که می توانید استفاده کنید داشته باشد. اگر محدود به منبع برق خانگی 240 ولتی استاندارد هستید، باید اندازه منبع برق جوشکاری را که انتخاب می کنید در نظر بگیرید. یک ماشین تا 110-130 آمپر معمولاً با یک فیش استاندارد 3 پین 13 آمپر کار می کند. با این حال، اگر به یک دستگاه بزرگتر نیاز دارید، به منبع 16 یا 32 آمپری نیاز دارید، مانند آنچه برای یک اجاق برقی یا اجاق گاز مورد نیاز است. اینورترهای جوشکاری بالاتر از 250 آمپر نیاز به منبع تغذیه 3 فاز دارند که معمولاً در واحدهای صنعتی یافت می شود.
نگران نباشید، اگر مصمم هستید که یک منبع تغذیه 3 فاز در خانه خود داشته باشید، ممکن است یک برقکار نصب کند. هزینه نصب ممکن است با صرفه جویی در انرژی در طول زمان جبران شود، به خصوص اگر قصد دارید مکررا از جوشکار استفاده کنید.
وقتی صحبت از منابع برق برای جوشکاری می شود، دو گزینه اصلی وجود دارد: ماشین های ترانسفورماتور قدیمی یا اینورترهای جوشکاری جدیدتر و محبوب تر. در اینجا یک تفکیک سریع از مزایا و معایب هر کدام آورده شده است:
جوشکارهای اینورتر
جوشکارهای اینورتر یک تغییر دهنده بازی در دنیای جوشکاری هستند. آنها با تکنولوژی پیشرفته و طراحی شیک خود، مزایای مختلفی نسبت به جوشکارهای سنتی دارند. این ماشین‌ها اغلب به عملکردهای اضافی مانند کنترل سرعت سیم بی‌نهایت مجهز هستند که تنظیم دقیق جوش‌های شما را آسان می‌کند. آنها همچنین به دلیل نداشتن ترانسفورماتورهای سنگین بسیار سبک تر و کوچکتر هستند. و برخی حتی دارای تصحیح ضریب توان (power factor correction = PFC) برای بهره وری بیشتر انرژی هستند.
یکی از بزرگترین مزایای جوشکارهای اینورتر کارایی آنهاست. آنها از الکترونیک مدرن برای تبدیل جریان ورودی به جریان جوش مناسب استفاده می کنند، به این معنی که گرمای کمتری را از دست می دهند و نسبت به ماشین های سنتی کارآمدتر هستند. این همچنین آنها را بسیار قابل حمل تر می کند، زیرا آنها اغلب بزرگتر از یک جعبه ناهار نیستند.
جوشکارهای اینورتر علاوه بر کارایی، دارای طیف وسیعی از عملکردهای دیجیتال برای کنترل قوس هستند. آنها از نرم افزار و سخت افزار برای کنترل پایداری قوس، فرکانس، عرض مخروط قوس، مشخصات مهره، آمپر شروع و پایان و غیره استفاده می کنند. حتی بسیاری از آنها یک صفحه نمایش دیجیتال دارند تا به شما در انجام تمام این تنظیمات کمک کند.
البته مانند هر دستگاه دیگری، جوشکارهای اینورتر نیز مزایا و معایب خود را دارند. یک نقطه ضعف این است که ممکن است امید به زندگی کمتری داشته باشند و تعمیر آنها چالش برانگیزتر باشد. علاوه بر این، الکترونیک حساس آنها آنها را ظریف تر و مستعد آسیب می کند.
به طور کلی، جوشکارهای اینورتر برای کسانی که به دنبال یک دستگاه جوش سبک، قابل حمل و کارآمد هستند، انتخابی عالی هستند. آنها با بسیاری از ویژگی های پیشرفته خود، مطمئناً پروژه های جوشکاری شما را به نسیم تبدیل می کنند.
برای مطالعه کل مقاله می توانید پی دی اف متن زیر رادانلود نمایید:
راهنمای ضروری برای خرید دستگاه جوش نقطه ای
نویسنده: داوود سلیانچی
جوش نقطه ای، نوعی جوشکاری مقاومتی، فرآیندی است که برای اتصال دو یا چند ورق فلزی به یکدیگر با اعمال فشار و حرارت به ناحیه جوش استفاده می شود. این شامل استفاده از الکترودهایی است که معمولاً از مس ساخته شده اند تا جریان الکتریکی را به قطعات فلزی اعمال کنند. این جریان به دلیل مقاومت در مواد، گرما ایجاد می‌کند و باعث می‌شود که فلزات در یک نقطه یا «نقطه» خاص به هم جوش بخورند. این فرآیند برای جوشکاری ورق های نازک فلز بسیار کارآمد است و به دلیل سرعت، قابلیت اطمینان و مقرون به صرفه بودن به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود.
تکامل دستگاه‌های جوش نقطه‌ای با پیشرفت‌های فن‌آوری قابل توجهی مشخص شده است. جوشکارهای اولیه ماشین های ثابت و بزرگی بودند که به صورت دستی یا با تایمرهای ساده کار می کردند. با افزایش تقاضا برای دقت و کارایی بیشتر، پیشرفت‌های فنی انجام شد. معرفی سیستم های پنوماتیک و هیدرولیک امکان کنترل بهتر بر فشار جوش را فراهم می کند و کیفیت و قوام جوش ها را افزایش می دهد.
در اواسط قرن بیستم، توسعه فناوری ترانزیستور و ریزپردازنده ها عصر جدیدی را در جوشکاری نقطه ای به وجود آورد. جوشکارهای نقطه ای مدرن مجهز به سیستم های کنترل پیچیده ای هستند که امکان تنظیم دقیق پارامترهای جوشکاری مانند جریان، نیرو و زمان را فراهم می کند. این امکان تولید جوش های با کیفیت بالا در انواع فلزات و آلیاژها، از جمله جوش هایی با هدایت الکتریکی بالا یا خواص حرارتی منحصر به فرد را فراهم کرده است.
امروزه، ماشین‌های جوش نقطه‌ای با ادغام فناوری‌های پیشرفته مانند روباتیک و کنترل عددی کامپیوتری (CNC)، که اتوماسیون، دقت و کارایی بیشتری را ارائه می‌دهند، به تکامل خود ادامه می‌دهند. این نوآوری ها کاربردهای جوش نقطه ای را در صنایع مختلف از جمله هوافضا، الکترونیک و ساخت و ساز گسترش داده و آن را به ابزاری ضروری در فرآیندهای تولید مدرن تبدیل کرده است.
هدف این راهنما این است که به عنوان یک منبع جامع برای درک و پیمایش پیچیدگی‌های دستگاه‌های جوش نقطه‌ای خدمت کند . هدف ما ارائه دانش و بینش ضروری برای تصمیم گیری آگاهانه هنگام انتخاب دستگاه جوش نقطه ای است. ما جنبه‌های فنی، کاربردهای عملی و ملاحظات کلیدی را بررسی می‌کنیم و اطمینان می‌دهیم که شما به اطلاعات لازم برای انتخاب ماشینی که به بهترین وجه با نیازها و برنامه‌های خاص شما مطابقت دارد، مجهز هستید. چه یک حرفه ای با تجربه و چه تازه وارد دنیای جوشکاری نقطه ای باشید، این راهنما همراه جامع شما است که برای رفع پیچیدگی ها طراحی شده است و شما را به سمت انتخاب مطمئن و آگاهانه در تلاش های خود برای جوشکاری راهنمایی می کند.
در این راهنما:
- انواع دستگاه جوش نقطه ای
- اجزای کلیدی دستگاه های جوش نقطه ای
- فاکتورهایی که باید هنگام خرید جوشکار نقطه ای در نظر گرفت
- ویژگی های رایج جوشکار نقطه ای
- استفاده از متعادل کننده ابزار با جوشکار نقطه ای
- تعمیر و نگهداری و ایمنی
انواع دستگاه جوش نقطه ای
دستگاه‌های جوش نقطه‌ای در طرح‌ها و پیکربندی‌های مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام برای کاربردها و محیط‌های کاری متفاوت مناسب هستند. درک انواع جوشکارهای نقطه ای موجود در انتخاب تجهیزات مناسب برای نیازهای خاص شما بسیار مهم است. در اینجا، ما چهار نوع اصلی از دستگاه‌های جوش نقطه‌ای را بررسی می‌کنیم: جوشکارهای قابل حمل، نیمکتی، پایه‌دار و نقطه‌ای رباتیک.
جوشکار قابل حمل نقطه ای
- توضیحات : جوشکارهای نقطه ای قابل حمل جمع و جور و سبک وزن هستند و آنها را برای تعمیرات در محل یا کارگاه های کوچک که در آن فضا محدود است ایده آل می کند. آنها برای سهولت در جابجایی طراحی شده اند و به راحتی می توان آنها را به مکان های مختلف حمل کرد.
- کاربردها : این جوشکارها معمولاً در تعمیرات بخصوص در صنایع خودروسازی و ساختمانی که متحرک ضروری است استفاده می شود. آنها برای تولید در مقیاس کوچک یا کارهای جوشکاری گاه به گاه مناسب هستند.
- مزایا : مزیت اصلی جوشکارهای نقطه ای قابل حمل انعطاف پذیری و سهولت استفاده در مکان های مختلف است. همچنین کار با آنها نسبتاً ساده است و برای کاربرانی با سطوح مختلف تجربه جوشکاری قابل دسترسی است.
جوشکارهای نقطه ای
- توضیحات : جوشکارهای نقطه ای روی میزهای کار نصب می شوند و پایداری و پشتیبانی بیشتری را برای کارهای جوشکاری ارائه می دهند. آنها نسبت به مدل های قابل حمل قدرتمندتر هستند و کنترل بیشتری بر فرآیند جوشکاری دارند.
- کاربردها : اینها برای محیط های تولیدی که در آن اجزای کوچک تا متوسط جوش داده می شوند، ایده آل هستند. آنها معمولاً در صنایع الکترونیک، جواهرات و دندانپزشکی استفاده می شوند.
- مزایا : جوشکارهای نقطه ای تعادلی بین قدرت و دقت ارائه می دهند. ماهیت ثابت آنها اجازه می دهد تا جوش های منسجم تری ایجاد شود و برای کارهای تکراری مناسب است.
جوشکارهای نقطه ای پایه
- توضیحات : جوشکارهای نقطه ای پایه بزرگتر و قدرتمندتر از مدل های نیمکتی هستند. آنها به تنهایی می ایستند و مجهز به پایه هستند و به اپراتور ارتفاع کار راحت می دهند.
- موارد کاربرد : این جوشکارها در محیط های صنعتی برای جوشکاری مواد بزرگتر و ضخیم تر استفاده می شوند. آنها معمولاً در صنایع خودروسازی، هوافضا و صنایع سنگین یافت می شوند.
- مزایا : جوشکارهای نقطه ای پایه دقت و کنترل بالایی را به خصوص برای قطعات کار بزرگتر ارائه می دهند. طراحی قوی آنها برای تولید با حجم بالا مناسب است و می تواند طیف گسترده ای از مواد را مدیریت کند.
جوشکارهای نقطه ای رباتیک
- توضیحات : جوشکارهای نقطه ای رباتیک نشان دهنده اوج اتوماسیون و دقت در جوشکاری نقطه ای هستند. اینها ماشین های بسیار پیشرفته ای هستند که با بازوهای رباتیک یکپارچه شده اند و توسط سیستم های کامپیوتری کنترل می شوند.
- کاربردها : آنها عمدتاً در تولید در مقیاس بزرگ، مانند خطوط مونتاژ خودرو، که در آن سرعت بالا، ثبات و دقت بسیار مهم است، استفاده می شود.
- مزایا : مزیت اصلی جوشکارهای نقطه ای روباتیک توانایی آنها در انجام کارهای پیچیده و تکراری جوشکاری با راندمان بالا و کمترین دخالت انسان است. آنها سرعت، دقت و ثبات بی نظیری را در جوشکاری ارائه می دهند.
هر نوع دستگاه جوش نقطه ای مزایای منحصر به فردی را ارائه می دهد و برای کاربردهای خاص مناسب است. درک این تفاوت ها برای انتخاب جوشکار نقطه ای مناسب برای نیازهای خاص شما، تضمین عملکرد و کارایی بهینه در پروژه های جوشکاری شما کلیدی است.
اجزای کلیدی دستگاه های جوش نقطه ای
دستگاه‌های جوش نقطه‌ای از چندین جزء حیاتی تشکیل شده‌اند که برای اطمینان از جوشکاری کارآمد و مؤثر با هم کار می‌کنند. درک این اجزا برای هر کسی که به دنبال استفاده یا خرید دستگاه جوش نقطه ای است ضروری است. این بخش اجزای کلیدی را پوشش می دهد: الکترودها، ترانسفورماتور، کنترل کننده و سیستم خنک کننده.
الکترودها
- انواع و مواد : الکترودها در دستگاه های جوش نقطه ای به دلیل رسانایی الکتریکی عالی و مقاومت در برابر حرارت، معمولاً از مس یا آلیاژهای مس ساخته می شوند. انواع مختلفی از الکترودها از جمله تخت، گنبدی، نوک تیز و افست وجود دارد که هر کدام برای کاربردهای جوشکاری و ضخامت مواد خاص طراحی شده اند.
- تعمیر و نگهداری : نگهداری منظم الکترودها برای کیفیت ثابت جوش بسیار مهم است. این شامل تمیز کردن، تغییر شکل و گاهی اوقات تعویض الکترودهای فرسوده می شود. تراز مناسب و اطمینان از سطح تماس تمیز نیز برای عملکرد بهینه ضروری است.
تبدیل کننده
- نقش : ترانسفورماتور در دستگاه جوش نقطه ای وظیفه تبدیل منبع تغذیه با ولتاژ بالا و جریان کم را به خروجی با ولتاژ پایین و جریان بالا مناسب برای جوشکاری دارد. این تبدیل برای تولید گرمای مورد نیاز برای جوشکاری مواد بسیار مهم است.
- انواع : انواع مختلفی از ترانسفورماتورها در دستگاه های جوش نقطه ای مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله ترانسفورماتورهای تک فاز AC، سه فاز AC و DC. انتخاب به نیازهای خاص کاربرد جوشکاری مانند نوع و ضخامت مواد بستگی دارد.
کنترل کننده
- عملکرد : کنترل کننده مغز دستگاه جوش نقطه ای است. جریان، زمان و فشار جوشکاری را تنظیم می‌کند و اطمینان می‌دهد که هر جوش با پارامترهای از پیش تنظیم شده سازگار است. این برای دستیابی به کیفیت جوش یکنواخت در چندین جوش بسیار مهم است.
- انواع : کنترلرها از سیستم های ساده مبتنی بر تایمر تا کنترل های پیچیده مبتنی بر ریزپردازنده را شامل می شود. کنترل‌کننده‌های پیشرفته ویژگی‌هایی مانند چرخه‌های جوشکاری قابل برنامه‌ریزی، سیستم‌های بازخورد و ادغام با سیستم‌های اتوماسیون را برای کنترل دقیق فرآیند جوش ارائه می‌دهند.
سیستم خنک کننده
- اهمیت : سیستم خنک کننده در دستگاه جوش نقطه ای برای دفع گرمای تولید شده در طول فرآیند جوشکاری ضروری است. از گرم شدن بیش از حد الکترودها و ترانسفورماتور جلوگیری می کند که می تواند منجر به آسیب تجهیزات و کاهش کیفیت جوش شود.
- انواع : سیستم های خنک کننده می توانند با هوا خنک یا آب خنک شوند. سیستم‌های خنک‌کننده هوا معمولاً در کاربردهای کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که سیستم‌های خنک‌کننده با آب برای چرخه‌های کاری بالا و کاربردهای صنعتی به دلیل راندمان خنک‌کننده برتر ترجیح داده می‌شوند.
هر یک از این اجزا نقش حیاتی در عملکرد دستگاه جوش نقطه ای دارند. درک عملکردها و الزامات نگهداری آنها برای اطمینان از طول عمر و کارایی تجهیزات و همچنین دستیابی به جوش های با کیفیت بالا در پروژه های شما کلیدی است.
فاکتورهایی که باید هنگام خرید جوشکار نقطه ای در نظر گرفت
انتخاب جوشکار نقطه ای مناسب نیاز به بررسی دقیق عوامل مختلف دارد تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات نیازهای خاص شما را برآورده می کند. در اینجا عوامل کلیدی برای در نظر گرفتن وجود دارد:
ضخامت و نوع مواد
ضخامت و نوع ماده یکی از مهم ترین عوامل در انتخاب جوشکار نقطه ای است. این به این دلیل است که مواد مختلف و ضخامت آنها خواص الکتریکی و حرارتی منحصر به فردی دارند که به طور قابل توجهی بر فرآیند جوشکاری تأثیر می گذارد. اثربخشی جوش نقطه ای از نظر استحکام و کیفیت به شدت به توانایی جوشکار در ارائه مقدار مناسب گرما و فشار بستگی دارد. مواد با رسانایی حرارتی بالا برای رسیدن به دمای جوشکاری لازم به انرژی بیشتری نیاز دارند، در حالی که آنهایی که مقاومت الکتریکی بالایی دارند گرمای بیشتری را در نقطه جوش تولید می کنند.
برای مطالعه کل مقاله می توانید پی دی اف زیر را دانلود نمایید:
راهنمای ضروری برای خرید دستگاه جوش نقطه ای
رسانایی حرارتی خاصیتی است که اندازه گیری می کند که چگونه یک ماده می تواند گرما را از یک نقطه به نقطه دیگر بدون جابجایی خود ماده منتقل کند. این به عواملی مانند ساختار، ترکیب و دمای مواد بستگی دارد. در این مقاله به رسانایی حرارتی فلزات می پردازیم که جامداتی با رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و چگالی بالا هستند.
فلز چیست؟
فلز به عنوان ماده جامدی تعریف می شود که ساختار بلوری دارد، جایی که اتم ها در یک الگوی منظم قرار گرفته اند. اتم ها از هسته هایی با پوسته های اطراف خود از الکترون های هسته تشکیل شده اند که به طور محکم به هسته ها متصل هستند. با این حال، برخی از بیرونی‌ترین الکترون‌ها آزادانه در سرتاسر فلز حرکت می‌کنند و دریایی از الکترون‌ها را تشکیل می‌دهند که می‌توانند جریان الکتریکی و انرژی گرمایی را حمل کنند.
فلزات دارای خواص مفید بسیاری مانند استحکام بالا، شکل پذیری، چکش خواری، درخشندگی و بازتاب پذیری هستند . آنها همچنین رسانای خوبی برای الکتریسیته و گرما هستند، به این معنی که می توانند این اشکال انرژی را به طور موثر و سریع انتقال دهند.
چگونه انتقال حرارت در فلزات انجام می شود؟
انتقال حرارت فرآیند انتقال انرژی حرارتی از ناحیه ای با دمای بالاتر به منطقه ای با دمای پایین تر است. سه حالت اصلی انتقال حرارت وجود دارد: هدایت، همرفت و تابش.
رسانایی حالت انتقال حرارت است که در جامدات اتفاق می افتد، جایی که گرما از طریق تماس مستقیم بین اتم ها یا مولکول ها جریان می یابد. همرفت حالت انتقال حرارت است که در سیالات (مایعات یا گازها) اتفاق می افتد، جایی که گرما از طریق حرکت ذرات سیال جریان می یابد. تابش حالت انتقال حرارت است که از طریق امواج الکترومغناطیسی مانند نور یا تابش مادون قرمز رخ می دهد.
در فلزات، انتقال حرارت عمدتاً با رسانایی صورت می‌گیرد، زیرا فلزات جامد هستند و الکترون‌های آزاد زیادی دارند. الکترون های آزاد می توانند به طور تصادفی در سراسر فلز حرکت کنند و با الکترون ها یا اتم های دیگر برخورد کنند و انرژی جنبشی و انرژی حرارتی را منتقل کنند. هر چه یک فلز الکترون آزاد بیشتری داشته باشد، رسانایی حرارتی آن بیشتر است.
چه عواملی بر هدایت حرارتی فلزات تأثیر می گذارد؟
هدایت حرارتی فلزات به عوامل مختلفی بستگی دارد، مانند:
- نوع و تعداد الکترون‌های آزاد: فلزاتی که الکترون‌های آزاد بیشتری دارند، رسانایی گرمایی بیشتری دارند، زیرا می‌توانند انرژی گرمایی بیشتری را حمل کنند. به عنوان مثال، نقره بالاترین رسانایی حرارتی را در بین فلزات دارد و پس از آن مس و طلا قرار دارند.
- جرم و اندازه اتمی: فلزات با اتم‌های سنگین‌تر و بزرگتر، رسانایی حرارتی کمتری دارند، زیرا آهسته‌تر می‌لرزند و مانع حرکت الکترون‌های آزاد می‌شوند. به عنوان مثال، سرب دارای رسانایی حرارتی پایینی در بین فلزات است.
- ساختار بلوری و عیوب: فلزات با ساختار بلوری منظم تر و فشرده تر، رسانایی حرارتی بالاتری دارند زیرا مقاومت کمتری در برابر جریان الکترون دارند . به عنوان مثال، فلزات با ساختار مکعبی رسانایی حرارتی بالاتری نسبت به فلزات با ساختار شش ضلعی دارند. نقص هایی مانند ناخالصی ها، جاهای خالی یا جابجایی ها نیز می توانند رسانایی حرارتی فلزات را با پراکندگی الکترون ها کاهش دهند.
- دما: رسانایی حرارتی فلزات بسته به مکانیسم غالب انتقال حرارت به روش های مختلف با دما تغییر می کند. برای فلزات و آلیاژهای خالص، انتقال حرارت عمدتاً به دلیل الکترون های آزاد (رسانایی الکترونیکی) است. با افزایش دما، تعداد الکترون های آزاد و ارتعاشات شبکه افزایش می یابد. بنابراین رسانایی حرارتی فلزات با افزایش دما اندکی کاهش می یابد. برای عایق ها و نیمه هادی ها، انتقال حرارت عمدتاً به دلیل ارتعاشات شبکه (رسانایی آوایی) است. با افزایش دما، ارتعاشات شبکه به طور قابل توجهی افزایش می یابد و الکترون ها را بیشتر پراکنده می کند. بنابراین هدایت حرارتی عایق ها و نیمه هادی ها با افزایش دما به سرعت افزایش می یابد.
قانون Wiedemann-Franz چیست؟
قانون وایدمان-فرانتس (Wiedemann-Franz Law) رابطه‌ای بین رسانش گرمایی و رسانش الکتریکی یک فلز در دمای مطلق (K) برقرار می‌کند. به بیان دیگر، این قانون نسبت رسانش گرمایی به رسانش الکتریکی را با ثابت لورنتز (L) که به دما وابسته است، متناسب می‌داند (1) .
قانون Wiedemann-Franz رابطه ای است که رسانایی الکتریکی و هدایت حرارتی فلزات را در یک دمای معین به هم متصل می کند. بیان می کند که:
sk=LT
جایی که،
- K رسانایی گرمایی بر حسب W/mK است
- σ رسانایی الکتریکی بر حسب S/m است
- L عدد لورنز است که ثابت برابر با 2.44 X 10^-8 W- Ohm /K^2 است.
- T دمای مطلق بر حسب K است
این قانون نشان می‌دهد که فلزاتی که رسانایی الکتریکی بالایی دارند، رسانایی گرمایی بالایی نیز دارند زیرا هر دو ویژگی به الکترون‌های آزاد بستگی دارند. همچنین بیانگر این است که نسبت هدایت حرارتی به هدایت الکتریکی با دمای فلزات متناسب است.
اما این قانون محدودیت هایی دارد. این فقط برای فلزات و آلیاژهای خالص در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین کاربرد دارد. این در مورد عایق ها یا نیمه هادی ها، که در آن هادی صوتی بر رسانایی الکترونیکی غالب است، اعمال نمی شود. همچنین برای برخی از فلزات مانند بریلیم یا نقره خالص که از این موضوع منحرف می‌شوند، کاربرد ندارد.
مقادیر رسانایی حرارتی برخی از فلزات رایج چیست؟
رسانایی حرارتی فلزات بسته به نوع و خلوص فلز بسیار متفاوت است. جدول زیر چند نمونه از مقادیر رسانایی حرارتی برای برخی فلزات رایج در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد) را نشان می دهد.
برای مطالعه بیشتر می توانید پی دی اف کل مقاله را ملاحظه نمایید:
