Hipotéticamente, si existiera un conductor de calor 100% perfecto, ¿cómo se sentiría retenerlo por un período de tiempo?

Answer 1

Podemos intuir parte de esta respuesta en base a nuestras experiencias en el manejo de materiales cotidianos.

Imagine un bloque de mármol y un bloque de madera en un ambiente interior templado (lo suficientemente más frío que la temperatura corporal) (si no tiene mármol en casa para hacer este experimento, use una sartén de metal). ¿Cuál se siente más frío al tacto?

Si ha hecho esto antes, sabe que la respuesta es la canica.

Y la razón por la cual el mármol (o el metal) inicialmente se siente más frío al tacto incluso si están a la misma temperatura es porque tiene una conductividad térmica más alta que la madera. Cuando su dedo caliente toca la canica, el calor se aleja más rápido que si tocara un conductor térmico pobre como la madera, por lo que el artículo se siente relativamente más frío (aunque eventualmente se calentará).

Entonces, si tuviera una gran parte de un material que fuera un mejor conductor térmico que el mármol, se sentiría aún más frío al tacto que el mármol (con la misma estipulación indicada anteriormente, que el ambiente es más frío que su cuerpo).

Sin embargo, la cuestión de un conductor 100% térmico es un poco diferente, y tenemos que analizar lo que realmente significa. En los materiales, el calor es transportado por vibraciones atómicas y / o por electrones. En el caso del mármol, las vibraciones atómicas juegan un papel más importante, porque es más o menos un aislante eléctrico, pero en los metales, los electrones juegan un papel más importante. Consideremos primero el caso en el que el calor es transportado por vibraciones de red atómica. Para que un material sea un conductor térmico perfecto, los fonones (vibraciones reticuladas cuantizadas) no deben dispersarse, por lo que se requiere un material cristalino atómicamente perfecto (es decir, todos los átomos dispuestos en un patrón repetitivo perfecto ) (lo que no es posible a temperatura ambiente porque es térmico la vibración ya hace que el cristal sea imperfecto). Para que un material sea un muy buen conductor térmico (solo considerando las contribuciones atómicas), la velocidad del sonido debe ser lo más alta posible porque los fonones acústicos son más efectivos en el transporte de calor; Además, el potencial atómico debe ser lo más armónico posible (la misma resistencia al estiramiento y la compresión) porque esto limita la conductividad térmica a altas temperaturas. Ambas estipulaciones están limitadas por los materiales que existen o pueden existir hipotéticamente. Entre los materiales a granel, el diamante tiene la mayor velocidad de sonido, aunque las formas más exóticas de carbono, como los nanotubos, se han sintetizado con mayor velocidad de sonido, y si el hidrógeno se puede metalizar a una presión muy alta, probablemente tendrá una velocidad de sonido más alta. también. En cuanto a las anarmonicidades que limitan la conductividad térmica a temperatura ambiente, no hay mucho por hacer, aparte de hacer un material donde los átomos estén lo más separados posible. Las anarmonicidades en el potencial atómico aparecen porque el límite superior para acercar los átomos adyacentes es más estricto que el límite superior de separarlos, y cualquier sólido cristalino real sufrirá esto. Todo eso significa que no podemos obtener un conductor térmico 100% perfecto si el calor es transportado solo por vibraciones atómicas. ¿Qué pasa con el transporte electrónico de calor? Allí, uno requeriría un conductor perfecto (pero no un superconductor, porque a menudo son aislantes térmicos) (ver: ley de Wiedemann-Franz). Tal sustancia no existe, pero hay materiales que se prevé que tengan un transporte sin disipación alrededor del borde …

Aunque me encantaría tener una sartén que sea un conductor térmico perfecto, desafortunadamente no está en las tarjetas.

Para obtener más información sobre este tema, consulte estas excelentes diapositivas de David Cahill: http://users.mrl.illinois.edu/ca…

Answer 2

Se sentiría como tocar un objeto a la temperatura promedio exacta de todos los elementos circundantes, ya que estaría conduciendo simultáneamente su calor hacia usted, como viceversa.

[editar: algunas reflexiones más …

Me temo que mi “temperatura promedio exacta” es un término sorprendentemente vago. La “temperatura” del objeto estará determinada por la rapidez con que los objetos circundantes puedan transmitir calor al interior, lo que depende de su propia conductividad y capacidad calorífica específica; y también depende de qué tan rápido puede transmitir el calor a esos objetos. Y esto solo funciona para objetos superconductores razonablemente pequeños.

Imagina, si quieres, que estás en el espacio. E imagine que un objeto superconductor de grandes proporciones aparece a su lado, quizás un año luz de diámetro. Y lo tocas, y eres el único objeto que lo toca físicamente.

En este punto, suponiendo que el objeto no tenga calor propio para transmitirle, será extraordinariamente “frío”, y para calentarlo a temperatura corporal, tendría que calentarlo durante todo un año, incluso si transmitiera el calor. a la velocidad de la luz Pero su cuerpo no está a la altura de la tarea como fuente de calor: hace mucho tiempo que su cuerpo se ha transferido a él casi cada julio de energía.]

Answer 3

En primer lugar, no puede decidir la cantidad de calor conducido por un conductor de calor. Por ejemplo, si calienta agua fría, el agua hierve y se convierte en vapor. La conversión del agua en vapor no significa que la capacidad de conducción de calor del agua haya terminado y que ya no conduzca calor. Incluso como vapor, el agua conduce calor. Y después de eso, no sabemos qué le sucede al vapor y tampoco cuánto calor puede conducir. Hasta que sepa el calor total disponible, no puede expresar en porcentajes cuánto puede conducir un conductor de calor.

Pero hipotéticamente si crees que un conductor de calor conduce al 100%, debería eliminar el máximo de calor presente en el universo. Si un conductor de calor hace eso, creo que incluso usted no puede tomar su mano cerca ya que un conductor de calor simplemente no conduce calor, también irradia.

Answer 4

Sin embargo, este súper conductor de calor aún tendría una transferencia de calor no perfecta a través de su interfaz con la piel.

la piel en sí no tiene una conductancia de calor infinita.

tampoco hay aire, si la temperatura del aire se enfría o se calienta de repente (imagínese una caja donde se bombea todo el aire y se bombea aire de diferente temperatura), la superficie extra todavía tardaría un tiempo en igualarse al aire.

entonces mi respuesta sería más o menos la misma que las otras, solo un poco menos 🙂

wle