Meta jiddisinjaw prodotti ġodda, l-inġiniera għandhom varjetà wiesgħa ta 'materjali minn fejn jagħżlu. L-analiżi korretta tal-proprjetajiet materjali kollha filwaqt li tpoġġihom fil-kuntest tal-prodott finali jew l-applikazzjoni hija biċċa xogħol ta 'sfida kbira. Fl-għażla tal-materjal, żewġ proprjetajiet termali għandhom rwol sinifikanti: il-konduttività termali u l-koeffiċjent ta 'espansjoni termali.
Fi kwalunkwe applikazzjoni termodinamika, il-konduttività termali u l-koeffiċjent ta 'espansjoni termali tal-materjali għandhom jiġu kkunsidrati bir-reqqa, speċjalment f'applikazzjonijiet fejn dawn il-proprjetajiet jaffettwaw il-prestazzjoni finali u l-ħajja tas-servizz. L-għażla ta 'materjali bil-konduttività termali xierqa tista' ttejjeb l-effiċjenza u l-prestazzjoni. Minħabba l-proprjetajiet termali uniċi tagħhom, il-fibri tal-karbonju jistgħu jintużaw f'ħafna oqsma ta 'applikazzjoni ġodda.
Konduttività Termali
Il-konduttività termali, magħrufa wkoll bħala diffusività termali, fl-aktar termini sempliċi, hija miżura ta 'kemm is-sħana tgħaddi b'mod effettiv minn materjal partikolari. Materjali bi struttura molekulari sempliċi tipikament għandhom ukoll konduttività termali ogħla. Meta l-materjali jissaħħnu, il-partiċelli jiksbu l-enerġija u jivvibraw. Din il-vibrazzjoni tikkawża li molekuli jaħbtu ma 'partiċelli oħra u jittrasferixxu l-enerġija lilhom. Iktar ma tkun applikata sħana, aktar iseħħu vibrazzjoni u trasferiment ta 'enerġija.
Ir-rappreżentazzjoni matematika tal-konduttività termali hija kif ġej:
K=Konduttività termali (W/(mK)) jew (Btu/(hr ft grad F))
Q =Trasferiment tas-sħana (W) jew (Btu)
d=Distanza bejn żewġ pjani iżotermiċi (m) jew (ft)
A=Erja tal-wiċċ (m²) jew (ft²)
Delta T=Differenza fit-temperatura (K) jew (grad F)
Il-konduttività termali tvarja skont il-materjali. Peress li l-fibri tal-karbonju jiġu f'tipi differenti, kull wieħed bil-proprjetajiet uniċi tiegħu, huma differenti minn materjali oħra bħall-ilma. It-tabella hawn taħt turi l-konduttivitajiet termali differenti ta 'materjali varji.
Il-manifatturi u r-riċerkaturi żviluppaw komposti tal-fibra tal-karbonju b'konduttività termali għolja jew baxxa għal applikazzjonijiet differenti. Il-metodu tal-kejl tal-konduttività termali jaffettwa wkoll ir-riżultat finali tal-kejl. Jekk il-konduttività termali titkejjel tul il-fibri, ġeneralment tkun ogħla milli meta titkejjel madwar il-fibri (direzzjoni perpendikulari).
Fibri tal-karbonju b'konduttività termali għolja jistgħu jintużaw f'diversi applikazzjonijiet. Pereżempju, kumpanija Ġappuniża żviluppat fibri tal-karbonju biex trażżan id-degradazzjoni tal-batterija f'applikazzjonijiet mobbli għal tagħmir elettroniku. L-applikazzjoni finali għandha tiddetermina jekk l-inġiniera għandhomx bżonn fibri tal-karbonju b'konduttività termali baxxa jew għolja.
Koeffiċjent ta 'Espansjoni Termali
Proprjetà termodinamika ewlenija oħra li l-inġiniera għandhom jikkunsidraw hija l-koeffiċjent ta 'espansjoni termali. Il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali huwa miżura ta' kif jinbidlu d-dimensjonijiet ta 'oġġett meta jkun espost għal bidliet fit-temperatura. Hemm tliet tipi ta 'koeffiċjenti ta' espansjoni termali: volumetriċi, żonali u lineari.
Peress li l-fibri tal-karbonju huma tipikament solidi fil-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet, l-inġiniera għandhom jiffokaw l-aktar fuq il-koeffiċjenti tal-erja u lineari tal-espansjoni termali.
Ir-rappreżentazzjoni matematika tal-koeffiċjent lineari ta 'espansjoni termali hija kif ġej:
alpha=Koeffiċjent lineari ta' espansjoni termali (K^{-1} jew 1/K) jew (grad F^{-1} jew 1/grad F)
L={Tul oriġinali (m) jew (ft)
Delta L=Bidla fit-tul (m) jew (ft)
Delta T=Bidla fit-temperatura (K) jew (grad F)
Ir-rappreżentazzjoni matematika tal-koeffiċjent taż-żona tal-espansjoni termali hija kif ġej:
alpha=Koeffiċjent tal-erja ta' espansjoni termali (K^{-1} jew 1/K) jew (grad F^{-1} jew 1/grad F)
A={Erja oriġinali (m²) jew (ft²)
delta A={Bidla taż-żona (m²) jew (ft²)
delta T=Bidla fit-temperatura (K) jew (grad F)
Bħall-konduttività termali, il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali tal-fibri tal-karbonju jista' wkoll ivarja ħafna. Dan il-koeffiċjent jiddependi ħafna fuq id-direzzjoni tal-fibri tal-karbonju fil-matriċi. Il-medda tipika tal-koeffiċjent ta' espansjoni termali hija bejn -1 K^{-1} sa +8 K^{-1}. It-tabella hawn taħt turi l-koeffiċjenti differenti ta 'espansjoni termali għal diversi materjali.
Il-fibri tal-karbonju għandhom koeffiċjent negattiv ta 'espansjoni termali. Meta l-materjal jissaħħan, jikkuntratta. L-atomi tal-fibra tal-karbonju huma tipikament iffissati tul l-assi x u y. Ir-rabtiet planari li jiffissaw il-fibri tul l-assi x u y huma rabtiet kovalenti. Dan jagħmel id-direzzjoni z mhux iffissata u miżmuma flimkien minn forzi ta 'van der Waals aktar dgħajfa.
Meta l-fibri tal-karbonju jissaħħnu, l-atomi jibdew jivvibraw, prinċipalment fid-direzzjoni z. Hekk kif dan iseħħ, l-atomi li jivvibraw jiġbdu fuq l-atomi li jmissu magħhom. Il-fenomenu kollu jikkawża li l-atomi jingħaqdu aktar sewwa flimkien u jikkuntrattaw il-materjal fid-direzzjonijiet x u y. Hekk kif is-sħana tiżdied u l-atomi jibdew jivvibraw, il-materjal ikompli jikkuntratta.
F'xi applikazzjonijiet, il-proprjetà ta 'espansjoni termali negattiva tista' tipproduċi xi riżultati interessanti. Il-fibri tal-karbonju jistgħu jiġu kkombinati ma 'matriċi tar-reżina li għandha koeffiċjent pożittiv ta' espansjoni termali, fejn il-koeffiċjent ta 'espansjoni termali tal-matriċi li tirriżulta huwa qrib iż-żero. Dan jista 'jkun kruċjali għal xi apparati żgħar bħal tagħmir tal-kejl.