Toplinska provodljivost i toplinski kapacitet.

[Rising Phoenix]

ovak trebam pomoc fizicara za ovu stvar.

zanima me dali toplinska provodljivost ovisi o toplinskom kapacitetu. jer toplinski kapacitet govori (ako se ne varam) jedino koliko je topline potrebno da se kilogramu odredjene materije povisi temperatura za 1 K.
dakle govori koliko je energije potrebno uloziti za to. dok se toplinska provodljivost ne spominje.

problem je cisto prakticki. naime radi se o sustavu vodenog hladjenja i fluida koji tece kroz taj sustav.

ja ovako gledam na to.
dakle neki materijal koji ima veliki toplinski kapacitet trebati ce mu samo vise energije da se zagrije ali provodljivost nebi trebala o tome ovisit.

[grimReaper]

po mojoj logici mislim da ovisi

ali za tocnu informaciju morat ces pricekat nekog drugog

[Rising Phoenix]

evo malo sam listao po netu i svugdje di se nesto prica o fizikim svojstvima uglavnom se spominje "koeficjent toplinske vodljivosti" cak i kaj ucim u predmetu gradiva na faksu (trebal sam poceti uciti za ispit ali mi se jos neda) opet se samo spominje taj koeficjent i to bez ikakve povezanosti sa Toplinskim kapacitetom.

[El Tomo]

Rising Phoenix kaže:
ovak trebam pomoc fizicara za ovu stvar.

zanima me dali toplinska provodljivost ovisi o toplinskom kapacitetu. jer toplinski kapacitet govori (ako se ne varam) jedino koliko je topline potrebno da se kilogramu odredjene materije povisi temperatura za 1 K.
dakle govori koliko je energije potrebno uloziti za to. dok se toplinska provodljivost ne spominje.

problem je cisto prakticki. naime radi se o sustavu vodenog hladjenja i fluida koji tece kroz taj sustav.

ja ovako gledam na to.
dakle neki materijal koji ima veliki toplinski kapacitet trebati ce mu samo vise energije da se zagrije ali provodljivost nebi trebala o tome ovisit.

Nisam bas u fizici materijala, ali onako na prvu loptu mislim da veza ipak postoji zbog same fizikalne prirode. Dakle, onako bez mnogo razmisljanja rekao bi da vecu toplinsku provodljivost imaju materijali nizeg topliskog kapaciteta. Pogledaj metal vs voda

[Rising Phoenix]

evo zapravo da ti iskreno kazem takodjer nesto takvo mislim. redimo idealni matrijal za hladjenje sam razmisljao da bi bilo sa sto manjim toplinskim kapacitetom recimo 1 (naravno u teoriji) jel da je nula bi bilo neogranicena.

no druga stvar po mome misljenju zapravo postoji veza izmedu topliskog kapaciteta i provodljivosti.i zapravo je toplinski kapacitet posljedica, provodljivosti materijala. bar tak mislim

[bariole]

Ajde ja sam dao Fiziku Materijala na FER-u i slušao jesam o ovoj temi, ali prošlo je dosta vremena tak da sam poprilično toga, zapravo večinu, zaboravio. A nije ni da se na FER-u previše radi fizike, a i kada se radi naglasak je na elektricitetu a ne toplini..

U svakom slučaju maglovito se sjećam da obje veličine jesu povezane i normalno, vrlo usko su su povezane. Ali sada kako točno mehanizam radi pojma više nemam pojma. Jako je složen. Npr veličina poput toplinske vodljivosti ovisi o brdu tvari pokraj topliskog kapaciteta. Kao o građi atoma i molekula, broju slobodnih elektrona, strukturi rešetke, električnoj vodljivosti i sl. Pravilnije bi bilo reči da kapacitet i vodljivost nisu direktno međovisni već su uzrokovani istim fenomenom - materijalom, te se tako posredno dovode u vezu jer ovise o istoj tvari.

Evo primjerice ostala mi u glavi slika grafa o ovisnosti vođenja el. struje o toplinskoj vodljivosti iz kojega se vidi da su dobri vodiči el. struje u pravilu i odlični vodiči topline. To je zato što dobri vodiči imaju puno elektrona koji lako mogu prenositi toplinu sa jednog kraja materijala na drugi kraj. To je prenošenje topline putem elektronskog oblaka koje je važan faktor pri niskim temperaturama i opće nije vezano uz toplinski kapacitet materijala (ovdje elektroni nose toplinu dok je atomi upijaju). Tako da na ovu temu ima puno stvari za probaviti. Nije baš tako jednostavno da se svede na obrnuto proporcionalnu vezu kapaciteta i vodljivosti.

Kužiš što pričam? Snažna veza kapaciteta i vodljivosti očito postoji. Samo je njena priroda dublja. Primjerice olovo ima puno niži kapacitet od bakra,a kamoli aluminija, i unatoč niskom kapacitetu provodi toplinu bitno lošije od druga dva metala. Zato nikada nećeš vidjeti olovni hladnjak (a i nisko talište olova nije baš dobro )...

Idealni materijal za hlađenje može imati kapacitet kakav te volja (normalno u nekim razumnim granicama, ne sada da mu je kapacitet nešto poput 10 J/kgK pa da u tren sublimira). Toplinska vodljivost je glavni kriterij za odabir dobrog materijala za hađenje. Uz toplinsku vodljivost i gustoća materijala je jako bitna za izradu hladnjaka, definitvno važnija od samog kapaciteta. O njoj ovisi površina materijala, a samim time koliko brzo ga možeš hladiti. Ovdje je cilj je da što brže razbacaš toplinu po što većoj površini i nekom trećem mediju predaš toplinu. Tek taj medij pak treba imati solidan kapacitet, npr. voda ili zrak, a ne hladnjak.

Zbog toga se hladnjaci i rade od metala. Metali dobro provode toplinu te su pogodni za hlađenje, iako imaju relativno niski toplinski kapacitet. Kada bi kapacitet bio jako bitan radili bi se od drveta ili nečeg sličnog (velik kapacitet), a ne od alumija i bakra koji imaju jako nizak kapacitet.

[AxMi-24]

Živa ili sl tekući metal ti je idealan. Samo što je ćiva otrovna a natrij i kalij nevole baš vodu a ni zrak. Tj vole malo previše

[Rising Phoenix]

bariole kaže:
Ajde ja sam dao Fiziku Materijala na FER-u.....

da ne cittiram se jel nema smisla.

ja sam takodjer mislil da kapaciteti i vodljivost topline imaju vezu ali naravno ne direktnu nego indirektnu i obadvoje su posljedica neke druge stvari. evo bas kao sto si ti napisal.

fora je u tome kaj mnogo ljudi govori da za izradu boljeg hladnjaka iskljucivo ovisi o tome da ima sto vec topl. kapacitet sto je meni odmah bilo cudno pa sam trazil konkretan odgovor.

osobno sam i sam napravil vodeno hladjenje za komp pa me je zanimalo vise o ovoj temi. tak da morem ljudima jos bolje to obasniti.

zanimala bi me jos jedan stvar a to je korozija izmedju razlicitih materijala (konkretno Bakar i aluminij) i sam sam na faksu ucil (Gradjevina, predmet gradiva) da na mjestima razlicitih materijala uz prisustvog nekog neznam ni kak se to tocno zove, valjda elektrolita ili tak vec neke, da dolazi do korozije radi razlicitih napona tih metala. e sad mene zanima koliko dolazi do izrazaja ta pojava na vecim spojevima dakle ako je negdje 1-2 m udaljenost izmadju tih metala i cirkulira voda izmedju nijh. naime na faksu je to bio primjer za cavlom i bakrenim limom koji su bili jedan pored drugoga ali ovdje je ipak daljina znatno veca a i korisit se destilirana voda koja bi trebala ipak manje prenostiti.

[AxMi-24]

Koroziju ćeš imat i u tom slučaju. Glavna fora ti je elektrolit (tj voda u tvom slučaju).

Dejonizirana voda pomaže ali nije baš neka garancija.

[Rising Phoenix]

dobro ovo je vise bilo pitano iz provjere. ja sam sebi napravil sve od bakra da nebi bilo nismo znali.

[Stribor cumez]

K=(1/3)*<v>*C*L

K je koeficijent toplinske vodljivosti, <v> je srednja brzina cestica prenosnika topline, C je toplinski kapacitet pri konstantnom volumenu, a L je srednji slobodni put cestica prenosioca topline.

Izvod se nalazi u udzbenicima cvrstog stanja.
W=K*grad(T) (W je struja topline).

[Forrest2003]

Ako ti je sve skupa potrebno zbog nekog konkretnog problema, a ne iz čiste znatiželje, poptuno ti je nebitno da li su u vezi ili ne. I za prijelaz topline i za toplinski kapacitet i za još milijun stvari postoje tablice svih koeficijenata. Samo nije ti to baš sve samo tako, ja ću uzeti koeficijente i dve formule pa ću napraviti rashladnik. Moraš imati više nego solidno predznanje, barem po mom mišljenju. U svakom slučaju, sretno!

[skeptik]

Stribor cumez kaže:
K=(1/3)*<v>*C*L

K je koeficijent toplinske vodljivosti, <v> je srednja brzina cestica prenosnika topline, C je toplinski kapacitet pri konstantnom volumenu, a L je srednji slobodni put cestica prenosioca topline.

Izvod se nalazi u udzbenicima cvrstog stanja.
W=K*grad(T) (W je struja topline).

E konacno da netko kaze nesto konkretno!

[P.A.M. Dirac]

K=(1/3)*<v>*C*L je samo prividna veza toplinskog kapaciteta (C) i toplinske vodljivosti (K) - ono sto ti treba da povezes ove velicine su jos uvijek <v> i L (srednja brzina nosioca i srednji slobodni put) o kojima nemas pojma. Osim toga, navedena formula uglavnom nevalja, tj. izvedena je uz niz pretpostavki koje uglavnom nisu ispunjene u realnim materijalima.

Toplinska vodljivost i toplinski kapacitet su povezani kroz nacine na koje tvar titra.

Toplinski kapacitet ovisi o tome koliko se energije moze pospremiti u titrajne modove materijala, tj. o karakteru tih modova (premda u granici kad je temperatura jako velika, svi materijali imaju isti omjer toplinskog kapaciteta i ukupnog broja oscilatora u materijalu prema Dulong-Petitovom zakonu).

Toplinska vodljivost takodjer ovisi o titranju materijala, tj. o nacinu na koji se toplina pospremljena u dio materijala (tj. u lokalno titranje dijela materijala) propagira kroz ostatak materijala ("s jedne strane na drugu" prosirenjem lokalnog titranja na okolinu).

Stvarna veza ove dvije velicine VRLO je netrivijalna. Opcenito, proracuni toplinske vodljivosti iz prvih principa su prilicno komplicirani i ovise o nelinearnostima (bolje receno neharmonicnostima) titranja u materijalu.

[El Tomo]

P.A.M. Dirac kaže:
Toplinska vodljivost i toplinski kapacitet su povezani kroz nacine na koje tvar titra.

Toplinski kapacitet ovisi o tome koliko se energije moze pospremiti u titrajne modove materijala, tj. o karakteru tih modova (premda u granici kad je temperatura jako velika, svi materijali imaju isti omjer toplinskog kapaciteta i ukupnog broja oscilatora u materijalu prema Dulong-Petitovom zakonu).

Toplinska vodljivost takodjer ovisi o titranju materijala, tj. o nacinu na koji se toplina pospremljena u dio materijala (tj. u lokalno titranje dijela materijala) propagira kroz ostatak materijala ("s jedne strane na drugu" prosirenjem lokalnog titranja na okolinu).

Pa 'titranje' materijala o kojemu govoris je upravo opisano srednjim slobodnim putem cestica i njihovom brzinom. Podijelis te dvije velicine i dobijes srednje slobodno vrijeme, ili frekvenciju titranja. I mislim da jednadzba vjerojatno vrijedi u onim materijalima sa ne prevelikim brzinama (metali, kristali).

[bariole]

Ajde ne da mi se pisat duge postove na temu kojom ni sam ne baratam kako spada. Tak da samo na Diraca dodajem da su ta "titranja" o kojima prica vezani kvantni harmonijski oscilatori. Taj model kristala se zove Debijev (ili je Debyev Debyeo tak nesto). I krajnje je kompliciran. Na osnovu tog modela moj profesor je vrsio proracune i dovodio u vezu provodljivosti i kapacitet, ali to nije bilo nesto trivijalno vec je komotno ispisao bar 30 metara ploce.

E kak je to sad tocno islo - nemam pojma, nekakvi fononi lete, elektronski plinovi... Svacega je tu bilo. Nisam upamtio. Ionako nam je profesor samo htio pokazati da se to moze uciniti, da dobijemo osjecaj za to, a nije namjeravao studente pretvoriti u teoretske fizicare materijala. Mislim da bi 75% studenata prije odustalo od faksa nego naucila to racunati . U svakom slucaju tu nije bilo nicega jednostavnog poput K=(1/3)*<v>*C*L. Ne znam kako je ta jednadzba dobivena, ali mislim da je to više empirijski nego nešto izvedeno iz "prave slike" stvari..

Ak vam je bas jako stalo jos uvijek imam knjige. Mogu zaviriti...

[Stribor cumez]

K=(1/3)*<v>*C*L je samo prividna veza toplinskog kapaciteta (C) i toplinske vodljivosti (K) - ono sto ti treba da povezes ove velicine su jos uvijek <v> i L (srednja brzina nosioca i srednji slobodni put) o kojima nemas pojma. Osim toga, navedena formula uglavnom nevalja, tj. izvedena je uz niz pretpostavki koje uglavnom nisu ispunjene u realnim materijalima.

Naravno, ali i dalje daje vise informacija od price: "je je povezani su, mora biti ako je jedan veci da je drugi manji, ili mozda obrnuto?". Isto tako mozes reci da U=\rho*L*I/S (zakaj nemamo Latex na ovom forumu ). Ne valja jer \rho moze ovisiti o temperaturi, jakosti struje, itd, itd.

Formula koju sam napisao vrijedi u aproksimaciji malih termalnih gradijenata (grad T<<1), u nedostatku elektromagnetskog polja i u potpuno izotropnom materjalu ( u suprotnom umjesto <v>*L, ide \tau*int_v(v_z^2 * f(v-vektor)), gdje je \tau srdnje vrijeme izmedju sudara, a f(v-vektor) raspodjela brzina (u izotropnom <v_z^2>=<v^2>/3)).

Nadalje prava vodljivost dobiva se "kombiniranjem" elektronske i fonoske vodljivosti, itd. Kombiniranje sa "normalnim" i "unklapp" procesima stvar se jos vise zapetljava, ali prva formula daje relativno jasnu teorijsku vezu izmedju toplinskog kapaciteta i toplinske vodljivosti.

[drugar]

Naravno da provodljivost zavisi od kapaciteta medjutim to su fizicki dva razlicita pojma. Pogledaj malo knjige iz fizicke hemije i bice ti jasnije. Ukratko, provodljivost (elektricna ili toplotna) opisuje fenomen kretanja cestica u sistemu duz postojeceg gradijenta dok se kapacitet odnosi na sistem kao celinu.
Moj savet ti je da pogledas tabele konstanti (koeficijent provodljivosti i toplotni kapacitet) i da uporedis u kakvom su odnosu za materije razlicitih agregatnih stanja.
Srecno...