Ana Sayfa Fizik Isı İletimini Nasıl Yalıtırız ?

Isı İletimini Nasıl Yalıtırız ?

186
0
  Okuma Süresi:   Bu yazıyı  " 4 "  dakikada okuyabiliriniz.
Isı Yalıtımını Nasıl Yaparız
Sitemin tek geliri olan reklamları görüntülemek için AdBlock eklentinizi kapatırsanız sevinirim 🙂

Fizikçiler, elektriği ileten mükemmel ısı yalıtıcıları yaratmayı mümkün kılan yeni bir etki keşfettiler. Bu malzemeler atık ısının elektrik enerjisine dönüştürülmesi için kullanılabilir.

Her gün, evdeki teknik cihazlarda, aynı zamanda büyük enerji sistemlerinde, atık ısı şeklinde değerli enerji kaybediyoruz. Bir kısmı “termoelektrik etki” yardımı ile kurtarılabilir. Sıcak bir cihazdan soğuk ortama ısı akışı doğrudan elektrik gücüne dönüştürülebilir. Bununla birlikte, bunun için çok özel özelliklere sahip malzemeler gereklidir. İyi elektriksel iletkenler olmalı, ancak kötü termal iletkenler olmalıdır – uzlaştırılması zor olan iki gereksinim.

Dünyanın her yerindeki araştırmacılar bu tür materyaller arıyor. Kafes benzeri bir yapıya sahip bazı malzemelerin, örneğin TU Wien’de çalışılan klatratlar gibi, özellikle ümit verici olduğu kanıtlanmıştır. Şimdi, detaylı incelemelerden sonra, bu malzemelerin özellikle düşük ısı iletkenliğini açıklayabilen olağanüstü bir etki gösterilmiştir.

Atomlar için hapishane hücreleri

Viyana Teknoloji Üniversitesi Katı Hal Fiziği Enstitüsü’nden Profesör Silke Bühler-Paschen, “Çıtalar çok özel bir yapıya sahip kristallerdir” diye açıklıyor. “Kristal kafesleri, içinde ayrı ayrı atomların kilitlendiği minik kafesler içeriyor. Bu atomlar, kristalin geri kalanını görmeden tek hücrelerinde ileri geri salınım yapabiliyorlar.”

Bir katıdaki ısı, atomlarının titreşimleri şeklinde mevcuttur. Bir kristal ısıtıldığında, bir noktada atomlar arasındaki bağlar kopana ve kristal eriyene kadar titreşimler güçlenir. Silke Bühler-Paschen, “İki tür titreşim var” diyor. “Eğer komşu atomlar birbirine güçlü bir şekilde bağlanırsa, o zaman bir atomun titreşimi doğrudan komşularına aktarılabilir ve bir ısı dalgası malzemeden yayılır.

Atomlar arasındaki bağ ne kadar güçlüyse, dalganın yayılması o kadar hızlı ve ısı iletimi. Eğer bir atom komşularına sadece çok zayıf bir şekilde bağlıysa, tıpkı klatrat kafesinde oturan atom gibi, o zaman diğerlerinden büyük ölçüde bağımsızdır ve ısı dalgası aşırı derecede yavaş. ”

Yeni etki: Kondo benzeri fonon saçılması

Silke Bühler-Paschen ile yaptığı tez çalışmasının bir parçası olarak, Matthias Ikeda, bu iki tür ısı dalgası arasında, klatratların bu kadar iyi ısı yalıtkanları olduğu kesin bir etkileşimden kaynaklandığını ortaya çıkardı. Matthias Ikeda hassas ve kapsamlı ölçümler yaptı. Her biri biraz farklı özelliklere sahip olan kristal serileri, TU Wien’de üretildi ve dikkatlice ölçüldü. Matthias Ikeda, “Sonunda kimsenin bize inanmak istemediğini ispatlayabildik: termal iletkenliği bastırmak için şimdiye kadar bilinmeyen bir fiziksel etki var – buna Kondo benzeri fonon saçılması diyoruz” diyor.

Kristal yapı nedeniyle, kratrat kafesindeki bir atom tercihen iki spesifik yönde titrer. Silke Bühler-Paschen, “Bir ısı dalgası geldiğinde kısa bir süre için böyle bir titreşim ile bir tür bağlı duruma girebilir. Isı dalgası, atomun klatrat kafesindeki salınım yönünü değiştirir” diyor. “Bu işlem, ısı dalgasını yavaşlatıyor ve bu nedenle ısı iletkenliği azaldı. Klatratlar elektrik iletmesine rağmen, bunlar iyi ısı yalıtkanlarıdır.”

Termoelektrikler için daha iyi malzeme

Bu, termoelektrik etkisinin endüstriyel ölçekte kullanılması için gereken malzeme özelliklerinin bir birleşimidir. Sıcak bir şey doğru malzemeyi kullanarak soğuk bir şeye bağlanır ve aradaki enerji akışı doğrudan elektriğe dönüştürülebilir. Bir yandan, malzeme elektrik akımı iletmelidir, ancak bir yandan ısıyı çok hızlı bir şekilde ileterek sıcaklıkları dengelememelidir, aksi halde etki artık kullanılamaz.

Silke Bühler-Paschen, “Proje çok zaman alıcıydı, sayısız denemenin yanı sıra, bu etkinin ardındaki kuantum fiziksel süreçlerini anlamak için kapsamlı bilgisayar simülasyonları geliştirilmesi gerekiyordu” diyor. “Ama buna değdi: Kondo benzeri fonon saçılması kavramımızla, kratratların davranışını anlamak artık çok daha kolay ve bu nedenle termoelektrik uygulamalar için en verimli malzemeleri bulmak için daha amaçlı çalışabiliriz.”

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz