Geleiding

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Geleiding
Thermische geleiding.jpg
Eigenschappen
Categorie: Producteigenschappen en -functies
Originele auteur: Elena Findeisen en Mireille Weghorst
Jaar: 2011
Wikipedia link: Thermische geleidbaarheid en Elektrische geleiding

Inhoud

Inleiding

Er bestaan drie soorten van geleiding: thermische, akoestische en elektrische geleiding. Een definitie van geleiding is het doorgeven van energie door middel van het bewegen van deeltjes die in contact staan met elkaar.

Beschrijvingingen en eigenschappen

Elektrische Geleiding

Kern van een atoom met elektronenschillen

Elk element heeft een eigen aantal protonen, neutronen en elektronen. De elektronen zitten in schillen/orbitalen om de kern heen, in de binnenste passen 2 elektronen, de tweede 8, de derde 18 en in de vierde 32. Het hangt af van de hoeveelheid elektronen die een element bezit, of de buitenste schil helemaal gevuld wordt of niet. Bij geleiders zijn de buitenste schillen niet geheel gevuld. Als deze geleidende moleculen verbindingen aan gaan met elkaar, zullen de buitenste schillen elkaar overlappen, waardoor elektronen zich tussen de moleculen in kunnen bewegen. Als dit op een grotere schaal wordt toegepast, kunnen de elektronen tussen vele moleculen door bewegen wat dus gelijk staat aan een stroom en dus elektrische geleiding.

Thermische Geleiding

Temperatuur/Afstand diagram

Thermische geleiding werkt net zoals Elektrische geleiding door middel van elektronen, als deze energie krijgen (of warm worden) gaan ze meer bewegen. Deze beweging geven ze door aan nabije elektronen in een golfbeweging genaamd een fonon. Een fonon beweegt zich voort met de snelheid van het geluid over een afstand van 1 µm vanaf de bron. Hierna zal de fonon onregelmatigheden tegen komen in het rooster waardoor het afgeremd wordt. Als resultaat wordt de warmteoverdracht steeds minder naar mate je verder van de bron af bent. De thermische geleiding is ook afhankelijk van de dikte van het materiaal, de warmtegeleidingcoëfficiënt en het temperatuur verschil. Het doorgeven van warmte gaat sneller als het medium stroomt, maar dan heet het convectie/Stroming.

Akoestische geleiding

Akoestische geleiding werkt door middel van het doorgeven van trillingen in een elastisch materiaal. Een geluidsbron begint te trillen en deze trilling gaat naar het omringende materiaal over. Dit begint mee te trillen wat door een fluctuatie in dichtheid duidelijk wordt. De moleculen bewegen zich terwijl ze de hele tijd op de zelfde plek blijven. Uiteindelijk komt de trilling bij een ontvanger aan die dit in mechanische beweging omzet. Geluid is een trilling in golfvorm en verglijkbaar in een materiaal met een munt die in water valt.

Eigenschappen

Thermische geleiding werkt het best bij een grote dichtheid
  • Elektrische geleiding werkt het best bij een grote dichtheid. Dan zitten de moleculen dicht op elkaar en kunnen de elektronen er beter tussen door bewegen. Zo geleiden gassen slecht en vaste stoffen goed, van deze vaste stoffen geleiden metalen het beste.
  • Thermische geleiding werkt het best bij een grote dichtheid, de moleculen en dus ook de elektronen zitten dicht op elkaar en kunnen hun energie goed doorgeven aan nabije elektronen. Goede elektrische geleiders zijn ook goede thermische geleiders, en slechte Thermische geleiders zijn ook slechte elektrische geleiders. De enige uitzondering is keramiek deze geleid wel goed warmte maar niet goed elektrischiteit.
  • Akoestische Geleiding werk in bijna ieder materiaal maar verschilt in mate. In gassen en vloeistoffen werkt het beter omdat de deeltjes beweegbaarder zijn.

Over een afstand worden de golven van de trilling kleiner zodat de trilling verminderd wordt en het geluid zachter, Iedere vorm van verstoring of hindernis verzwart de trilling. Verder speelt de omgeving een belangrijke rol voor akoestische geleiding. Er bestaan reflekterende oppervlakten of dempende. Of de vorm van een kamer ondersteunt de akoestische geleiding. Een goed voorbeeld daarvoor zijn de oude amfitheaters van rome. Zonder microfoon kan iederen horen wat er in het midden gezegd wordt.

Eigenfrequentie: Eigenfrequentie is een belangrijke materiaaleigenschap waarmee bij het ontwerpen rekekening mee moet worden gehouden. Het is een materiaaleigen trilling. Dus als je ooit een materiaal een bepaalde trilling oplegt dan blijft het met deze frequentie trillen. Dat betekent dat als een externe trilling die eigenfrequentie aanslaat .Het systeem reageert met erg grote amplitiuden omdat de al bestaande trilling versterkt wordt. Dit leidt tot een resonantieramp waardoor het matiaal breeekt.

Toepassingen

  • Alle elektrische apparaten.
  • Koken,strijken etc.
  • Akoestische Geleiders:
  • Als echolood om de waterdiepte te meten. Daar bij wordt een akoestisch signaal richting de grond gezonden. Dit wordt van de grond gereflecteerd en met behulp van de sterkte van de terugkomende trilling kan uitgerekend worden hoe diep het water is.
  • Bij muziekinstrumenten waarbij bewust een trilling met een beplaaalde golflengte veroorzakt wordt zodat tonen ontstaan.
  • Maar vooral wordt het in vorm van ultrasone trillingen gebruikt. Dat zijn trillingen boven de 800Mhz. Dus voor het menslijke oor niet meer hoorbaar. Daarmee worden b.v. zwangere vrouwen onderzocht door een beeld van het kind te maken door gereflecteerde trillingen.Een andere toepassing is het schoonmaken van kleinood. De trillingen lossen alle viezen deeltjes af. Verder communiceren dieren zoals walvissen met ultrasone trillen of vleermuizen gebruiken ze als orientatie.
  • Bovendien is het een essentieel onderdeel van onze samenleving voor communicatie en waarschuwingssysteemen.

Voordelen en Nadelen

Algemene voor- en nadelen van geleiders zijn dat ze geleiders zijn. Elke gelegenheid vraagt om een ander materiaal. Als er dus iets wordt ontworpen op basis van geleiding moet precies onderzocht worden waar het geleidt en waar niet! Dus waar iets moet geleiden dan zo goed mogelijk om het energieverlies te beperken en waar iets niet moet geleiden dan ook echt niet. Anders ontstaat een gevaarlijk product of omstandigheid. Een goed voorbeeld daarvan is een stroomdraad. De binnenkant moet geleiden en de buitenkant niet.

Milieuaspecten

Elektrische en warmtegeleiding

Daarmee moet al tijdens het ontwerpen rekening gehouden worden. Dus als iets moet geleiden dan zo goed mogelijk zodat de energieverlies beperkt wordt wat het milieu minder belast. Supergeleiders zijn b.v. bijna ideale geleiders behalve dat de energieverlies alleen bijna nul is bij erg lage temperaturen. Daarom zijn ze nog niet geschikt voor een echt gebruik. De energibehoefte voor het afkoelen is hoger dan de besparing door de supergeleiders.

Akoestisch

Akoestische geleiding werkt ongecontroleerd. Dat betekent dat de signalen in het omringende materiaal verpreid worden wat de oriëntatie van dieren verstoort. B.v. van Walvissen die plotseling op een eiland liggen in plaats van in de zee te zwemmen.

Leveranciers en kenniscentra

Er bestaan bijna geen kenniscentra/leveranciers voor geleiding. Alleen voor isolatie en isolerende materialen. Er wordt wel onderzoek naar gedaan aan universiteiten. Zo heeft de Universiteit Twente de bijzondere leerstoel “Industriële Toepassing van Supergeleiding”. Een voorbeeld voor een onafhangelijke kenniscentra is de Kennisring Elektro&Alternatieve Energie van het bedrijf NHL.

Bronnen

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen