¿Qué metal se calienta más rápido con la aplicación más pequeña de llamas abiertas?

La respuesta no es sencilla, pero requiere que se respondan todas las condiciones de contorno y los estados iniciales (¡sí, estoy usando el lenguaje de ecuaciones diferenciales! ¡A propósito!).

Para responder a su problema, necesita simular el sistema específico que está analizando y agregar todos los datos correctos: conductividad térmica versus temperatura, capacidad térmica versus temperatura, dibujo 3D de la pieza y de la distancia entre la llama, el aire y su flujo o ausencia de flujo forzado en la parte, temperatura inicial del sistema.

La simulación más básica requeriría al menos resolver una ecuación diferencial parcial en el espacio conocida como la ley de Fourier de la conducción térmica:

[matemáticas] \ vec {q} = – k \ cdot {\ nabla} T [/ matemáticas]

junto con la ecuación de conservación de energía por su parte.

La respuesta no es tan fácil porque no se trata solo de conductividad térmica, sino también de capacidad térmica. Cuanto mayor sea la capacidad térmica, más calor necesitará suministrar para aumentar la temperatura del componente. Si la parte está conectada a otros (y cómo está conectada) afectará profundamente la cantidad de tiempo para que la parte se “caliente”, ya que esa conexión disipará el calor.

Estos cálculos, hoy en día, se realizan con softwares de simulación de elementos finitos que puede encontrar gratis en línea (si tiene tiempo de sobra) o que puede comprar (si tiene menos dinero de sobra) o simplemente pregunte a un estudio de diseño o un ingeniero para simular la parte por usted (si no tiene ni tiempo ni demasiado dinero).

Cualquier otra respuesta aquí es una suposición simple, pero no sería precisa ni útil.

Aquí hay una tabla del calor específico de los metales que he ordenado mostrando la menor Btu / (lbm oF) en la parte superior.

Se podría pensar que el mayor Btu / (lbm oF) calentaría más lentamente. Sin embargo, la conductividad térmica sería un factor en su pregunta porque especifica exponer una superficie a una llama abierta.

El orden que se muestra en este gráfico parece implicar que el uranio se calienta más rápido, pero eso no parece intuitivo. Agradezco los comentarios sobre lo que me falta aquí.

Btu de metal / (lbm oF))

Uranio 0.028

Bismuto 0.030

Oro 0.030

Plomo 0.030

Mercurio 0.030

Platino 0.030

Talio 0.030

Torio 0.030

Osmio 0.031

Plutonio 0.032

Tungsteno 0.032

Hafnio 0.033

Renio 0.033

Tantalio 0.034

Lutecio 0.036

Lantano 0.047

Bario 0.048

Antimonio 0.050

Estaño 0.050

Cadmio 0.055

Cesio 0.057

Indio 0.057

Paladio 0.057

Rutenio 0.057

Plata 0.057

Rodio 0.058

Molibdeno 0.060

Circonio 0.060

Niobio (Columbio) 0.064

Estroncio 0.072

Itrio 0.072

Germanio 0.076

Selenio 0.077

Rubidio 0.086

Galio 0.088

Cobre 0.090

Zinc 0.090

Cobalto 0.100

Níquel 0.100

Hierro Fundido 0.110

Cromo 0.110

Hierro 0.110

Manganeso 0.114

Vanadio 0.116

Acero al Carbono 0.120

Hierro forjado 0.120

Titanio 0.130

Escandio 0.140

Calcio 0.150

Silicio 0.170

Potasio 0.180

Aluminio 0.220

Magnesio 0.250

Sodio 0.290

Iridium 0.310

Berilio 0.436

Litio 0.850

Si entiendo su pregunta correctamente, parece que quiere un metal con un calor específico muy bajo. Ese metal requiere la menor cantidad de entrada de energía para elevar la temperatura de una unidad. Dependiendo de cuál será su aplicación final, es posible que desee tener en cuenta la conductividad térmica, la toxicidad, la expansión térmica, la reactividad con otros metales, etc. y, en última instancia, el costo. Aquí hay algunas tablas que pueden ser útiles: Tabla de tabla de capacidad de calor específico de metales y propiedades térmicas de los metales, conductividad, expansión térmica, calor específico. Tenga en cuenta que la forma en que se procesa o trata el metal (por ejemplo, el historial térmico) puede afectar las propiedades térmicas.

No es tan fácil de responder sin un escenario específico, por lo que propondré uno.

Hay una gran fogata en algún lugar del bosque de Vermont y estamos aburridos, por lo que colocamos varillas de metal de 18 mm de diámetro en el fuego con un extremo que se extiende hasta un punto donde podemos tocarlo.

Utilizaremos acero inoxidable, cobre, latón, plata, oro y aluminio . Luego, haremos que 6 personas elijan y sostengan el extremo frío de la barra y el primero que se queme identificará la respuesta.

Supongo que sería la mujer que agarró la plata debido a su conductividad térmica superior, pero ¿tal vez la muy baja densidad del Al junto con una conductividad moderada a buena causaría una quemadura más rápida?

Prueba con bismuto, oro o mercurio. Tienen los calores específicos más bajos.