Ромашкин А.Н.
Удельная теплоёмкость - это количество тепла, которое требуется затратить, чтобы нагреть 1 килограмм вещества на 1 градус по шкале Кельвина (или Цельсия).
Физическая размерность удельной теплоемкости: Дж/(кг·К) = Дж·кг-1·К-1 = м2·с-2·К-1.
В таблице приводятся в порядке возрастания значения удельной теплоемкости различных веществ, сплавов, растворов, смесей. Ссылки на источник данный приведены после таблицы.
При пользовании таблицей 1 следует учитывать приближенный характер данных. Для всех веществ удельная теплоемкость зависит от температуры и агрегатного состояния. У сложных объектов (смесей, композитных материалов, продуктов питания) удельная теплоемкость может значительно варьироваться для разных образцов.
Таблица 1. Теплоемкость чистых веществ
| Вещество | Агрегатное состояние | Удельная теплоемкость, Дж/(кг·К) |
| Золото | твердое | 129 |
| Свинец | твердое | 130 |
| Иридий | твердое | 134 |
| Вольфрам | твердое | 134 |
| Платина | твердое | 134 |
| Ртуть | жидкое | 139 |
| Олово | твердое | 218 |
| Серебро | твердое | 234 |
| Цинк | твердое | 380 |
| Латунь | твердое | 380 |
| Медь | твердое | 385 |
| Константан | твердое | 410 |
| Железо | твердое | 444 |
| Сталь | твердое | 460 |
| Высоколегированная сталь | твердое | 480 |
| Чугун | твердое | 500 |
| Никель | твердое | 500 |
| Алмаз | твердое | 502 |
| Флинт (стекло) | твердое | 503 |
| Кронглас (стекло) | твердое | 670 |
| Кварцевое стекло | твердое | 703 |
| Сера ромбическая | твердое | 710 |
| Кварц | твердое | 750 |
| Гранит | твердое | 770 |
| Фарфор | твердое | 800 |
| Цемент | твердое | 800 |
| Кальцит | твердое | 800 |
| Базальт | твердое | 820 |
| Песок | твердое | 835 |
| Графит | твердое | 840 |
| Кирпич | твердое | 840 |
| Оконное стекло | твердое | 840 |
| Асбест | твердое | 840 |
| Кокс (0...100 °С) | твердое | 840 |
| Известь | твердое | 840 |
| Волокно минеральное | твердое | 840 |
| Земля (сухая) | твердое | 840 |
| Мрамор | твердое | 840 |
| Соль поваренная | твердое | 880 |
| Слюда | твердое | 880 |
| Нефть | жидкое | 880 |
| Глина | твердое | 900 |
| Соль каменная | твердое | 920 |
| Асфальт | твердое | 920 |
| Кислород | газообразное | 920 |
| Алюминий | твердое | 930 |
| Трихлорэтилен | жидкое | 930 |
| Абсоцемент | твердое | 960 |
| Силикатный кирпич | твердое | 1000 |
| Полихлорвинил | твердое | 1000 |
| Хлороформ | жидкое | 1000 |
| Воздух (сухой) | газообразное | 1005 |
| Азот | газообразное | 1042 |
| Гипс | твердое | 1090 |
| Бетон | твердое | 1130 |
| Сахар-песок | 1250 | |
| Хлопок | твердое | 1300 |
| Каменный уголь | твердое | 1300 |
| Бумага (сухая) | твердое | 1340 |
| Серная кислота (100%) | жидкое | 1340 |
| Сухой лед (твердый CO2) | твердое | 1380 |
| Полистирол | твердое | 1380 |
| Полиуретан | твердое | 1380 |
| Резина (твердая) | твердое | 1420 |
| Бензол | жидкое | 1420 |
| Текстолит | твердое | 1470 |
| Солидол | твердое | 1470 |
| Целлюлоза | твердое | 1500 |
| Кожа | твердое | 1510 |
| Бакелит | твердое | 1590 |
| Шерсть | твердое | 1700 |
| Машинное масло | жидкое | 1670 |
| Пробка | твердое | 1680 |
| Толуол | твердое | 1720 |
| Винилпласт | твердое | 1760 |
| Скипидар | жидкое | 1800 |
| Бериллий | твердое | 1824 |
| Керосин бытовой | жидкое | 1880 |
| Пластмасса | твердое | 1900 |
| Соляная кислота (17%) | жидкое | 1930 |
| Земля (влажная) | твердое | 2000 |
| Вода (пар при 100 °C) | газообразное | 2020 |
| Бензин | жидкое | 2050 |
| Вода (лед при 0 °C) | твердое | 2060 |
| Сгущенное молоко | 2061 | |
| Деготь каменноугольный | жидкое | 2090 |
| Ацетон | жидкое | 2160 |
| Сало | 2175 | |
| Парафин | жидкое | 2200 |
| Древесноволокнистая плита | твердое | 2300 |
| Этиленгликоль | жидкое | 2300 |
| Этанол (спирт) | жидкое | 2390 |
| Дерево (дуб) | твердое | 2400 |
| Глицерин | жидкое | 2430 |
| Метиловый спирт | жидкое | 2470 |
| Говядина жирная | 2510 | |
| Патока | 2650 | |
| Масло сливочное | 2680 | |
| Дерево (пихта) | твердое | 2700 |
| Свинина, баранина | 2845 | |
| Печень | 3010 | |
| Азотная кислота (100%) | жидкое | 3100 |
| Яичный белок (куриный) | 3140 | |
| Сыр | 3140 | |
| Говядина постная | 3220 | |
| Мясо птицы | 3300 | |
| Картофель | 3430 | |
| Тело человека | 3470 | |
| Сметана | 3550 | |
| Литий | твердое | 3582 |
| Яблоки | 3600 | |
| Колбаса | 3600 | |
| Рыба постная | 3600 | |
| Апельсины, лимоны | 3670 | |
| Сусло пивное | жидкое | 3927 |
| Вода морская (6% соли) | жидкое | 3780 |
| Грибы | 3900 | |
| Вода морская (3% соли) | жидкое | 3930 |
| Вода морская (0,5% соли) | жидкое | 4100 |
| Вода | жидкое | 4183 |
| Нашатырный спирт | жидкое | 4730 |
| Столярный клей | жидкое | 4190 |
| Гелий | газообразное | 5190 |
| Водород | газообразное | 14300 |
Источники:
Таблица 2. Удельная теплоемкость углеродистых сталей марок Сталь 20 и Сталь 40 при высоких температурах (Дж/(кг∙ºC)) От 50 ºC до заданной температуры
| Температура, ºC | Сталь 20 | Сталь 40 |
| 100 | 486 | 486 |
| 150 | 494 | 494 |
| 200 | 499 | 503 |
| 250 | 507 | 511 |
| 300 | 515 | 520 |
| 350 | 524 | 528 |
| 400 | 532 | 541 |
| 450 | 545 | 549 |
| 500 | 557 | 561 |
| 550 | 570 | 574 |
| 600 | 582 | 591 |
| 650 | 595 | 608 |
| 700 | 608 | 629 |
| 750 | 679 | 670 |
| 800 | 675 | 704 |
| 850 | 662 | 704 |
| 900 | 658 | 704 |
| 950 | 654 | 700 |
| 1000 | 654 | 696 |
| 1050 | 654 | 691 |
| 1100 | 649 | 691 |
| 1150 | 649 | 691 |
| 1200 | 649 | 687 |
| 1250 | 654 | 687 |
| 1300 | 654 | 687 |
Источник:
Руководитель: Шульгов В.В.
Анодированные алюминиевые основания Анодированная алюминиевая подложка с многоуровневой системой межсоединений Температурные сенсоры Анодированные алюминиевые корпуса для БИС и СБИС Функциональный электронный блок, выполненный по технологии внутреннего монтажа Преимущества анодированного алюминия Анодированный алюминий является перспективным материалов для изготовления изделий электронной техники.
Он обеспечивает высокое быстродействие, стабильность частотных характеристик, отсутствие паразитных явлений индуктивной и конденсаторной природы, высокую надежность, нечувствительность к внешним несанкционированным электромагнитным воздействиям, высокую вибростойкость и тепловую разгрузку ИМС Тепловые свойства твердых тел
• Температуропроводность
• теплопроводность
• Теплоемкость
• Коэффициент температуропроводности определяется по формулеK=λ/ c ρ, где λ –к оэффициент теплопроводности, c – удельная теплоемкость, ρ – плотность Импульсный метод измерения температуропроводности Прибор для измерения температуропроводности твердых и жидких тел LFA 427 NETZSCH Схема измерительного прибора LFA 427 NETZSCH ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ АНОДИРОВАННОГО АЛЮМИНИЯ2/1238,1tLaπ=, Зависимость толщины оксида от времени формирования Время формирования оксида, мин 1245681015 Толщина оксида, мкм 1,581,51,761,81,822,42,563,42 Зависимость коэффициента температуропроводности от времени формирования оксидас/м1026.− эффa Время формирования оксида, мин 1245681015 1,832,052,172,42,753,23,684,84 Зависимость безразмерной температуры оборотной поверхности образца от безразмерного времени ● – алюминий А6, ■ – анодированный алюминий2Ltaπω=0240,40,8maxT Зависимость коэффициента температуропроводности от температуры для свободного анодного оксида алюминия Результаты исследований и расчетов
• Измерения коэффициента температуропроводности технического алюминия марки А6 дали величину а = (34± 2)·10-6 м2/с и коэффициента температуропроводности анодированного алюминия для различных толщин оксида а = (0,36 – 0,78)·10-6 м2/с.
• По результатам экспериментально измеренного коэффициента температуропроводности и имеющихся данных по теплоемкости и плотности рассчитан коэффициент теплопроводности анодированного алюминия.
Измерения коэффициента теплопроводности анодированного алюминия при температуре t = 23 оС дали хорошее совпадение с результатами расчета: = 18 – 20 Вт/м·К.
• Коэффициент температуропроводности свободного анодного оксида алюминия при температуре t = 23 оС = (7,6 – 8,3)·10-6 м2/с и уменьшается с увеличением температуры.
Выводы по проекту
• Рассмотрены области применения анодированного алюминия и его анодного оксида в технике и микроэлектронике
• Обосновано исследование тепловых свойств (температуропроводности) анодированного алюминия
• Исследованы коэффициент температуропроводности анодированного алюминия и свободного анодного оксида алюминия
• Определена цена научно-технической продукции и рассчитан качественный уровень научно- технического результата.
• В работе учтены требования электробезопасности при работе с переносным электроинструментом
Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов — один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.
Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.
Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.
Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:
Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.
Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.
Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.
Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
Когда материя нагревается, увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих ее частиц, то есть увеличивается уровень беспорядка, атомы и молекулы начинают более интенсивно и с большей амплитудой колебаться около своих равновесных положений в материале. Перенос тепла, который на макроскопическом уровне можно описать законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между частицами (атомами и молекулами) вещества, без переноса последнего.
Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от механизма термической конвекции, при котором имеет место перенос тепла за счет переноса вещества. Все твердые тела обладают способностью к теплопроводности, в то время как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах. Действительно, твердые вещества переносят тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если есть температурные градиенты в них, переносят тепло в основном за счет процессов конвекции.
Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:
Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.
Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.
Конструкция радиаторов учитывает химическое взаимодействие меди и алюминия между собой, поэтому между металлами устанавливается нейтральный переходник. Если не установить прослойку, алюминий разрушается, появляются свищи и течи. По этой причине существуют строгие рекомендации относительно эксплуатации приборов и качества теплоносителя.
По конструкционным особенностям принято различать два вида медно-алюминиевых батарей.
Изготавливаются с цельным корпусом, либо с использованием секционной конструкции. Панельные обогреватели внешним видом напоминают обычные металлические батареи типа Korrado и подобных. Производством занимаются несколько производителей – польские Regulus и украинские Термия.
Отличаются большей теплоотдачей и производительностью. Конструкция конвектора состоит из медной трубки с припаянными алюминиевыми пластинами. В корпусе обогревателей присутствуют отверстия для беспрепятственной конвекции воздуха.
Конвекторы внешне похожи на обычные цельные радиаторы, но имеют большую производительность. Изготовление медно-алюминиевых конвекторов наладила российская компания Изотерм и украинская Термия.
Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.
Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.
Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.
Как показала практика, лучшие медно-алюминиевые конвекционные радиаторы водяного отопления изготавливают отечественные производители, а также соседи из ближнего зарубежья.
В магазинах можно найти обогреватели следующих производителей:
Модели российского и украинского производителя адаптированы к отечественным условиям, поэтому лучше переносят перепады давления и более устойчивы к агрессивной среде.
Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.
Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:
Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.
При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.
Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.
На сегодняшний день радиаторы производятся из разнообразных материалов, наиболее распространенные, из которых сталь, нержавеющая сталь и алюминий.
Всегда есть сомнения, какой именно радиатор выбрать для установки в доме? Очевидно, что это зависит от личного вкуса, а также от требований, которые вы поставили перед собой к качеству отопления помещения.
Алюминий, безусловно, является самым экологичным материалом и имеет огромное количество преимуществ.
В этой статье мы не будем рассматривать чугунные радиаторы, т.к. они теряют популярность среди покупателей.
Сосредоточим внимание на самых востребованных моделях.
Материал в деталях расскажет о преимуществах алюминиевых и стальных батарей.
Алюминиевые радиаторы легче, чем традиционные стальные или чугунные радиаторы, этот факт дает возможность расположить такой радиатор на любой стене в помещении.
Батареи из алюминия можно повесить на стену, даже в ситуациях, когда толщина не позволяет сделать глубокого закрепления.
Это существенно экономит затраты на оплату строительных работ, так как повесить их можно очень быстро и надежно.
Мы рекомендуем ознакомиться с ассортиментом радиаторов отопления представленных в интернет магазинах, на сайтах производителей можно купить алюминиевые радиаторы ведущих европейских производителей (ESPERADO, FERROLI, GLOBAL, FARAL, FONDITAL) с гарантией 10 лет!
Алюминий не подвержен коррозии, что делает его идеальным материалом для производства радиаторов, которые предполагается устанавливать в таких помещениях, как ванные комнаты и кухни, где выоская влажность.
Алюминий быстро нагревается, что делает его отличным проводником тепла.
Алюминиевые радиаторы имеют низкое содержание воды, а это означает, что после включения такие устройства дают интенсивный всплеск тепла и нагревают помещения довольно быстро.
Установив алюминиевые радиаторы можно быстро достичь требуемой температуры в комнатах, так как они имеют наименьшее время отклика.
Главным преимуществом является существенная экономия энергетических затрат в отопительный сезон и как прекрасный бонус – экономия денежных средств, так как алюминиевые радиаторы можно выключать на время вашего отсутствия в доме, а вернувшись домой включить и быстро получить теплый дом не тратя на ожидание длительное время.
Бытует распространенное мнение, что эффективное тепло не может быть красивым и оригинальным. К счастью, времена, когда дизайн должен уступить свои позиции отличной эффективности, прошли.
Алюминиевые радиаторы имеют разнообразный ряд конструкций и предлагают даже самому требовательному покупателю достойный выбор.
Вы можете выбрать свой собственный цвет финишного покрытия, которое идеально будет соответствовать стилю вашего дома, форма радиатора будет гармонировать с вашей домашней или офисной атмосферой на сто процентов.
Жертвоприношение по стилю? Ни в коем случае, когда вы выбираете для своего дома алюминиевые радиаторы!
Использование стали для производства теплообменников позволяет получить прочные изделия, которые в основном используются для систем индивидуального отопления домов и коттеджей.
По причине возможности контроля качества теплоносителя и давления в системе, стальные приборы станут отличном выбором для систем автономного отопления.
При условии подачи качественного теплоносителя и умеренного давления рабочей жидкости, такие устройства прослужат более 30 лет.
Стальные радиаторы обладают низкой тепловой инерцией, а значит проблем с быстрым изменением температуры в помещении не возникнет. Помимо небольшой тепловой инерции, стальные радиаторы обладают и другими преимуществами:
При проведении изучения параметров теплопроводности надо помнить о том, что характеристики конкретного металла или его сплавов от метода его выработки. Например, параметры металла полученного с помощью литья могут существенно отличаться от характеристик материала изготовленного по методам порошковой металлургии. Свойства сырого металла коренным образом отличаются от того, который прошел через термическую обработку.
Термическая нестабильность, то есть преобразование отдельных свойств металла после воздействия высоких температур является общим для практически всех материалов. Как пример можно привести то, что металлы после длительного воздействия разных температур способны достичь разных уровней рекристаллизации, а это отражается на параметрах теплопроводности.
Структура стали после термической обработки
Можно сказать следующее – при проведении исследований параметров теплопроводности необходимо использовать образцы металлов и их сплавов в стандартном и определенном технологическом состоянии, например, после термической обработки.
Например, существуют требования по измельчению металла для проведения его исследований с применением способов термического анализа. Действительно, такое требование существует при проведении ряда исследований. Бывает и такое требование – как изготовление специальных пластин и многие другие.
Нетермостабильность металлов ставит ряд ограничений использование теплофизических способов исследования. Дело в том, что этот способ проведения исследований требует нагревать образцы не менее двух раз, в определенном температурном интервале.
Один из методов называют релакционно-динамическим. Он предназначен для выполнения массовых измерений теплоемкости у металлов. В этом методе фиксируется переходная кривая температуры образца между его двумя стационарными состояниями. Этот процесс является следствием скачка тепловой мощности вводимой в испытуемый образец.
Такой метод можно назвать относительным. В нем используются испытуемый и сравнительный образцы. Главное заключается в том, что бы у образцов была одинаковая излучающая поверхность. При проведении исследований температура, воздействующая на образцы должна изменяться ступенчато, при этом по достижении заданных параметров необходимо выдержать определенное количество времени. Направление изменения температуры и ее шаг должен быть подобран таким образом, что бы образец, предназначенный для испытаний, прогревался равномерно.
В эти моменты тепловые потоки сравняются и отношение теплопередачи будет определяться как разность скоростей колебаний температуры. Иногда в процессе этих исследований источник косвенного подогрева исследуемого и сравнительного образца. На один из образцов могут быть созданы дополнительные тепловые нагрузки в сравнении со вторым образцом.
В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град). Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.
Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.
Понятие теплопроводности материалов характеризуется способностью переносить тепловую энергию в пределах определенного объекта от нагретых частей к холодным. Процесс осуществляется атомами, молекулами, электронами и происходит в любых телах с неравномерным распределением температуры.
С позиций кинетической физики этот процесс происходит в результате взаимодействия частиц молекул более нагретых участков в пределах образца с другими элементами, отличающимися низшей температурой. Механизм и скорость переноса теплоты зависит от агрегатного состояния вещества.
Категория теплопроводности предусматривает определение скорости нагревания образца материала и перемещение температурной волны в определенном направлении. Показатель зависит от физических параметров:
В таблице приведены значения теплопроводности латуни, бронзы, а также медно-никелевых сплавов (константана, копели, манганина и др.) в зависимости от температуры — в интервале от 4 до 1273 К.
Теплопроводность латуни, бронзы и других сплавов на основе меди при нагревании увеличивается. По данным таблицы, наибольшей теплопроводностью из рассмотренных сплавов при комнатной температуре обладает латунь Л96. Ее теплопроводность при температуре 300 К (27°С) равна 244 Вт/(м·град).
Также к медным сплавам с высокой теплопроводностью можно отнести: латунь ЛС59-1, томпак Л96 и Л90, томпак оловянистый ЛТО90-1, томпак прокатный РТ-90. Кроме того, теплопроводность латуни в основном выше теплопроводности бронзы. Следует отметить, что к бронзам с высокой теплопроводностью относятся: фосфористая, хромистая и бериллиевая бронзы, а также бронза БрА5.
Медным сплавом с наименьшей теплопроводностью является марганцовистая бронза — ее коэффициент теплопроводности при температуре 27°С равен 9,6 Вт/(м·град).
Теплопроводность медных сплавов всегда ниже теплопроводности чистой меди при прочих равных условиях. Кроме того, теплопроводность медно-никелевых сплавов имеет особенно низкое значение. Самым теплопроводным из них при комнатной температуре является мельхиор МНЖМц 30-0,8-1 с теплопроводностью 30 Вт/(м·град).
Таблица теплопроводности латуни, бронзы и медно-никелевых сплавовСплавТемпература, КТеплопроводность, Вт/(м·град)Медно-никелевые сплавыЛатуньБронза
| Бериллиевая медь | 300 | 111 |
| Константан зарубежного производства | 4…10…20…40…80…300 | 0,8…3,5…8,8…13…18…23 |
| Константан МНМц40-1,5 | 273…473…573…673 | 21…26…31…37 |
| Копель МНМц43-0,5 | 473…1273 | 25…58 |
| Манганин зарубежного производства | 4…10…40…80…150…300 | 0,5…2…7…13…16…22 |
| Манганин МНМц 3-12 | 273…573 | 22…36 |
| Мельхиор МНЖМц 30-0,8-1 | 300 | 30 |
| Нейзильбер | 300…400…500…600…700 | 23…31…39…45…49 |
| Автоматная латунь UNS C36000 | 300 | 115 |
| Л62 | 300…600…900 | 110…160…200 |
| Л68 латунь деформированная | 80…150…300…900 | 71…84…110…120 |
| Л80 полутомпак | 300…600…900 | 110…120…140 |
| Л90 | 273…373…473…573…673…773…873 | 114…126…142…157…175…188…203 |
| Л96 томпак волоченый | 300…400…500…600…700…800 | 244…245…246…250…255…260 |
| ЛАН59-3-2 латунь алюминиево-никелевая | 300…600…900 | 84…120…150 |
| ЛМЦ58-2 латунь марганцовистая | 300…600…900 | 70…100…120 |
| ЛО62-1 оловянистая | 300 | 99 |
| ЛО70-1 оловянистая | 300…600 | 92…140 |
| ЛС59-1 латунь отожженая | 4…10…20…40…80…300 | 3,4…10…19…34…54…120 |
| ЛС59-1В латунь свинцовистая | 300…600…900 | 110…140…180 |
| ЛТО90-1 томпак оловянистый | 300…400…500…600…700…800…900 | 124…141…157…174…194…209…222 |
| БрА5 | 300…400…500…600…700…800…900 | 105…114…124…133…141…148…153 |
| БрА7 | 300…400…500…600…700…800…900 | 97…105…114…122…129…135…141 |
| БрАЖМЦ10-3-1,5 | 300…600…800 | 59…77…84 |
| БрАЖН10-4-4 | 300…400…500 | 75…87…97 |
| БрАЖН11-6-6 | 300…400…500…600…700…800 | 64…71…77…82…87…94 |
| БрБ2, отожженая при 573К | 4…10…20…40…80 | 2,3…5…11…21…37 |
| БрКд | 293 | 340 |
| БрКМЦ3-1 | 300…400…500…600…700 | 42…50…55…54…54 |
| БрМЦ-5 | 300…400…500…600…700 | 94…103…112…122…127 |
| БрМЦС8-20 | 300…400…500…600…700…800…900 | 32…37…43…46…49…51…53 |
| БрО10 | 300…400…500 | 48…52…56 |
| БрОС10-10 | 300…400…600…800 | 45…51…61…67 |
| БрОС5-25 | 300…400…500…600…700…800…900 | 58…64…71…77…80…83…85 |
| БрОФ10-1 | 300…400…500…600…700…800…900 | 34…38…43…46…49…51…52 |
| БрОЦ10-2 | 300…400…500…600…700…800…900 | 55…56…63…68…72…75…77 |
| БрОЦ4-3 | 300…400…500…600…700…800…900 | 84…93…101…108…114…120…124 |
| БрОЦ6-6-3 | 300…400…500…600…700…800…900 | 64…71…77…82…87…91…93 |
| БрОЦ8-4 | 300…400…500…600…700…800…900 | 68…77…83…88…93…96…100 |
| Бронза алюминиевая | 300 | 56 |
| Бронза бериллиевая состаренная | 20…80…150…300 | 18…65…110…170 |
| Бронза марганцовистая | 300 | 9,6 |
| Бронза свинцовистая производственная | 300 | 26 |
| Бронза фосфористая 10% | 300 | 50 |
| Бронза фосфористая отожженая | 20…80…150…300 | 6…20…77…190 |
| Бронза хромистая UNS C18200 | 300 | 171 |
Температура плавки латуни в зависимости от состава колеблется в пределах 880-950°C. Таким образом, при увеличении примеси цинка в рассматриваемом материале температура плавления будет понижаться. Стоит отметить, что латунь благодаря своим свойствам способна хорошо свариваться.
Латунь обрабатывается путем контактной сварки, может прокатываться. Не покрытые поверхности рассматриваемого металла при контакте с воздухом чернеют. Латунь имеет желтый цвет, при этом отлично полируется. Расплавить рассматриваемый цветной металл можно при определенных температурных пределах, зависящих от примесей в составе материала.
Полезно знать, что висмут, а также свинец оказывают вредное сопротивление на латунь, поскольку уменьшают способность к деформированию в горячем состоянии.
Латунь относится к разряду цветных металлов. Полезно знать о химических и физических преимуществах, коими обладает латунь.
Это интересно: Углеродная (углеродистая) сталь и ее виды. Производство и применение
На списке, представленном выше, преимущества и выгодные свойства данного металла не ограничиваются. Не следует обходить вниманием наиболее популярные марки материала, а также применение.
Температура плавления латуни рассмотренных марок изменяется в интервале от 865 до 1055 °С. Наиболее легкоплавкой является марганцовистая латунь ЛМц58-2 с температурой плавления 865°С. Также к легкоплавким латуням можно отнести: Л59, Л62, ЛАН59-3-2, ЛКС65-1,5-3 и другие.
Наибольшую температуру плавления имеет латунь Л96 (1055°С). Среди тугоплавких латуней по данным таблицы можно также выделить: латунь Л90, ЛА85-0,5, томпак оловянистый ЛТО90-1.
Температура плавления латуниЛатуньt, °СЛатуньt, °С
| Л59 | 885 | ЛМц55-3-1 | 930 |
| Л62 | 898 | ЛМц58-2 латунь марганцовистая | 865 |
| Л63 | 900 | ЛМцА57-3-1 | 920 |
| Л66 | 905 | ЛМцЖ52-4-1 | 940 |
| Л68 латунь деформированная | 909 | ЛМцОС58-2-2-2 | 900 |
| Л70 | 915 | ЛМцС58-2-2 | 900 |
| Л75 | 980 | ЛН56-3 | 890 |
| Л80 полутомпак | 965 | ЛН65-5 | 960 |
| Л85 | 990 | ЛО59-1 | 885 |
| Л90 | 1025 | ЛО60-1 | 885 |
| Л96 томпак волоченый | 1055 | ЛО62-1 оловянистая | 885 |
| ЛА67-2,5 | 995 | ЛО65-1-2 | 920 |
| ЛА77-2 | 930 | ЛО70-1 оловянистая | 890 |
| ЛА85-0,5 | 1020 | ЛО74-3 | 885 |
| ЛАЖ60-1-1 | 904 | ЛО90-1 | 995 |
| ЛАЖМц66-6-3-2 | 899 | ЛС59-1 | 900 |
| ЛАН59-3-2 латунь алюминиево-никелевая | 892 | ЛС59-1В латунь свинцовистая | 900 |
| ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 | 940 | ЛС60-1 | 900 |
| ЛЖМц59-1-1 | 885 | ЛС63-3 | 885 |
| ЛК80-3 | 900 | ЛС64-2 | 910 |
| ЛКС65-1,5-3 | 870 | ЛС74-3 | 965 |
| ЛКС80-3-3 | 900 | ЛТО90-1 томпак оловянистый | 1015 |
Температура плавления бронзы находится в диапазоне от 854 до 1135°С. Наибольшей температурой плавления обладает бронза АЖН11-6-6 — она плавится при температуре 1408 К (1135°С). Температура плавления этой бронзы даже выше, чем температура плавления меди, которая составляет 1084,6°С.
К бронзам с невысокой температурой плавления можно отнести: БрОЦ8-4, БрБ2, БрМЦС8-20, БрСН60-2,5 и подобные.
Температура плавления бронзыБронзаt, °СБронзаt, °С
| БрА5 | 1056 | БрОС8-12 | 940 |
| БрА7 | 1040 | БрОСН10-2-3 | 1000 |
| БрА10 | 1040 | БрОФ10-1 | 934 |
| БрАЖ9-4 | 1040 | БрОФ4-0.25 | 1060 |
| БрАЖМЦ10-3-1,5 | 1045 | БрОЦ10-2 | 1015 |
| БрАЖН10-4-4 | 1084 | БрОЦ4-3 | 1045 |
| БрАЖН11-6-6 | 1135 | БрОЦ6-6-3 | 967 |
| БрАЖС7-1,5-1,5 | 1020 | БрОЦ8-4 | 854 |
| БрАМЦ9-2 | 1060 | БрОЦС3,5-6-5 | 980 |
| БрБ2 | 864 | БрОЦС4-4-17 | 920 |
| БрБ2,5 | 930 | БрОЦС4-4-2,5 | 887 |
| БрКМЦ3-1 | 970 | БрОЦС5-5-5 | 955 |
| БрКН1-3 | 1050 | БрОЦС8-4-3 | 1015 |
| БрКС3-4 | 1020 | БрОЦС3-12-5 | 1000 |
| БрКЦ4-4 | 1000 | БрОЦСН3-7-5-1 | 990 |
| БрМГ0,3 | 1076 | БрС30 | 975 |
| БрМЦ5 | 1007 | БрСН60-2,5 | 885 |
| БрМЦС8-20 | 885 | БрСУН7-2 | 950 |
| БрО10 | 1020 | БрХ0,5 | 1073 |
| БрОС10-10 | 925 | БрЦр0,4 | 965 |
| БрОС10-5 | 980 | Кадмиевая | 1040 |
| БрОС12-7 | 930 | Серебряная | 1082 |
| БрОС5-25 | 899 | Сплав ХОТ | 1075 |
Примечание: температура плавления и кипения других распространенных металлов приведена в этой таблице.
В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.
Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда.
По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.
В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС. Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.
МатериалВлажностьмассовая доля % Вт/(м•К)
| Бакелитовый лак | — | 0,29 |
| Бетон с каменным щебнем | 8 | 1,28 |
| Бумага обыкновенная | Воздушно-сухая | 0,14 |
| Винипласт | — | 0,13 |
| Гравий | Воздушно-сухая | 0,36 |
| Гранит | — | 3,14 |
| Глина | 15-20 | 0,7-0,93 |
| Дуб (вдоль волокон) | 6-8 | 0,35-0,43 |
| Дуб (поперек волокон) | 6-8 | 0,2-0,21 |
| Железобетон | 8 | 1,55 |
| Картон | Воздушно-сухая | 0,14-0,35 |
| Кирпичная кладка | Воздушно-сухая | 0,67-0,87 |
| Кожа | >> | 0,14-0,16 |
| Лед | — | 2,21 |
| Пробковые плиты | 0,042-0,054 | |
| Снег свежевыпавший | — | 0,105 |
| Снег уплотненный | — | 0,35 |
| Снег начавший таять | — | 0,64 |
| Сосна (вдоль волокон) | 8 | 0,35-0,41 |
| Сосна (поперек волокон) | 8 | 0,14-0,16 |
| Стекло (обыкновенное) | — | 0,74 |
| Фторопласт-3 | — | 0,058 |
| Фторопласт-4 | — | 0,233 |
| Шлакобетон | 13 | 0,698 |
| Штукатурка | 6-8 | 0,791 |
(ρa=576кг/м3, ρп=400кг/м3,λ, Вт/(м•К))
Материал-18oС0oС50oС100oС150oС
| Асбест | — | 0,15 | 0,18 | 0,195 | 0,20 |
| Пенобетон | 0,1 | 0,11 | 0,11 | 0,13 | 0,17 |
Материал0oС50oС100oС
| Анилин | 0,19 | 0,177 | 0,167 |
| Ацетон | 0,17 | 0,16 | 0,15 |
| Бензол | — | 0,138 | 0,126 |
| Вода | 0,551 | 0,648 | 0,683 |
| Масло вазелиновое | 0,126 | 0,122 | 0,119 |
| Масло касторовое | 0,184 | 0,177 | 0,172 |
| Спирт метиловый | 0,214 | 0,207 | — |
| Спирт этиловый | 0,188 | 0,177 | — |
| Толуол | 0,142 | 0,129 | 0,119 |
В таблице указаны значения удельного электрического сопротивления и КТР металлической проволоки, выполненной из различных металлов и сплавов. Материал проволоки: алюминий, вольфрам, железо, золото, латунь, манганин, медь, никель, константан, нихром, олово, платина, свинец, серебро, цинк. Как видно из таблицы, нихромовая проволока имеет высокое удельное электрическое сопротивление и успешно применяется в качестве спиралей накаливания нагревательных элементов множества бытовых и промышленных устройств.
Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС.
Размерность теплоемкости кал/(г·град). Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.
Медь широко используется при создании микросхем электронных устройств и призвана отводить тепло от нагреваемых электрическим током деталей. При попытке увеличить быстродействие современных компьютеров разработчики столкнулись с проблемой охлаждения процессоров и других деталей. В качестве одного из решений применялся вариант разбиения процессора на несколько ядер. Однако данный способ борьбы с перегревом себя исчерпал, и сейчас требуется искать новые проводники с более высокой теплопроводностью и электропроводимостью.
Одним из решений этой проблемы является недавно открытый элемент графен. Благодаря напылению из графена теплопроводность медного элемента увеличивается на 25%. Однако пока изобретение находится на уровне разработки.
У каждого материала имеется свой показатель теплопроводности. Чем ее значение ниже, тем, соответственно ниже уровень теплообмена между внешней и внутренней средой. Это означает то, что в здании, сооруженном из материала с низкой теплопроводностью, зимой будет тепло, а летом прохладно.
Тепловые потери по швам панельного дома
При сооружении различных зданий, в том числе и жилые здания, без знаний о теплопроводности стройматериалов не обойтись. При проектировании строительных сооружений необходимо учитывать данные о свойствах таких материалов как – бетон, стекло, минеральная вата и многих других. Среди них предельная теплопроводность принадлежит бетону, между тем, у древесины она в 6 раз меньше.
Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС. Размерность теплоемкости кал/(г·град). Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.
Взято из: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» /под ред. Романкова. Приложение.
Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике // Издание девятое, М.: «Наука», 1982 г.
| Металл | Вт/(м•К) |
|---|---|
| Алюминий | 209,3 |
| Бронза | 47-58 |
| Железо | 74,4 |
| Золото | 312,8 |
| Латунь | 85,5 |
| Медь | 389,6 |
| Платина | 70 |
| Ртуть | 29,1 |
| Серебро | 418,7 |
| Сталь | 45,4 |
| Свинец | 35 |
| Серый чугун | 50 |
| Чугун | 62,8 |
| Материал | Влажность массовая доля % | Вт/(м•К) |
|---|---|---|
| Бакелитовый лак | - | 0,29 |
| Бетон с каменным щебнем | 8 | 1,28 |
| Бумага обыкновенная | Воздушно-сухая | 0,14 |
| Винипласт | - | 0,13 |
| Гравий | Воздушно-сухая | 0,36 |
| Гранит | - | 3,14 |
| Глина | 15-20 | 0,7-0,93 |
| Дуб (вдоль волокон) | 6-8 | 0,35-0,43 |
| Дуб (поперек волокон) | 6-8 | 0,2-0,21 |
| Железобетон | 8 | 1,55 |
| Картон | Воздушно-сухая | 0,14-0,35 |
| Кирпичная кладка | Воздушно-сухая | 0,67-0,87 |
| Кожа | >> | 0,14-0,16 |
| Лед | - | 2,21 |
| Пробковые плиты | 0 | 0,042-0,054 |
| Снег свежевыпавший | - | 0,105 |
| Снег уплотненный | - | 0,35 |
| Снег начавший таять | - | 0,64 |
| Сосна (вдоль волокон) | 8 | 0,35-0,41 |
| Сосна (поперек волокон) | 8 | 0,14-0,16 |
| Стекло (обыкновенное) | - | 0,74 |
| Фторопласт-3 | - | 0,058 |
| Фторопласт-4 | - | 0,233 |
| Шлакобетон | 13 | 0,698 |
| Штукатурка | 6-8 | 0,791 |
(ρa=576кг/м3, ρп=400кг/м3,λ, Вт/(м•К))
| Материал | -18oС | 0oС | 50oС | 100oС | 150oС |
|---|---|---|---|---|---|
| Асбест | - | 0,15 | 0,18 | 0,195 | 0,20 |
| Пенобетон | 0,1 | 0,11 | 0,11 | 0,13 | 0,17 |
| Материал | 0oС | 50oС | 100oС |
|---|---|---|---|
| Анилин | 0,19 | 0,177 | 0,167 |
| Ацетон | 0,17 | 0,16 | 0,15 |
| Бензол | - | 0,138 | 0,126 |
| Вода | 0,551 | 0,648 | 0,683 |
| Масло вазелиновое | 0,126 | 0,122 | 0,119 |
| Масло касторовое | 0,184 | 0,177 | 0,172 |
| Спирт метиловый | 0,214 | 0,207 | - |
| Спирт этиловый | 0,188 | 0,177 | - |
| Толуол | 0,142 | 0,129 | 0,119 |
Характерными свойствами чистого алюминия являются его малый удельный вес, низкая температура плавления, высокая тепловая и электрическая проводимость, высокая пластичность, очень большая скрытая теплота плавления и прочная, хотя и очень тонкая пленка окиси, покрывающая поверхности металла и защищающая его от проникновения кислорода внутрь.
Малая плотность делает алюминий основой легких конструкционных материалов; большая пластичность позволяет применять к алюминию все виды обработки давлением и получать из него листы, прутки, проволоку, трубы, тончайшую фольгу, штампованные детали с глубокой вытяжкой и др. Хорошая электрическая проводимость обеспечивает широкое применение алюминия в электротехнике. Так как плотность алюминия в 3,3 раза ниже, чем у меди, а удельное сопротивление лишь в 1,7 раза выше, чем у меди, то алюминий, на единицу массы имеет вдвое более высокую проводимость, чем медь. Прочная пленка окиси быстро покрывает свежий разрез металла уже при комнатной температуре, обеспечивая алюминию высокую устойчивость против коррозии в атмосферных условиях.
Сернистый газ, сероводород, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе промышленных районов, не оказывают заметного влияния на скорость коррозии алюминия. Действие пара на алюминий также не-значительно. Алюминий, не содержащий меди, достаточно стоек (в отсутствие электрического тока) в естественной морской воде. В концентрированных азотной и серной кислотах алюминий также практически устойчив. В разбавленных кислотах и растворах едких щелочей алюминий быстро разрушается. Однако в растворах аммиака он достаточно стоек. В контакте с большинством металлов и сплавов, являющихся благородными по электрохимическому ряду потенциалов, алюминий служит анодом и, следовательно, коррозия его в электролитах будет прогрессировать. Чтобы избежать образования гальванопар во влажной атмосфере, место соединения алюминия, с другими металлами герметизируется лакировкой или другим путем.
Длительные испытания проводов из алюминия показали, что они в отношении устойчивости против коррозии не уступают медным.
В табл. 8-16 приведены классификация и химический состав алюминия.
Влияние примесей на электрическую проводимость алюминия различно. Примеси, образующие с алюминием твердые растворы, сильно снижают электропроводность; примеси, не входящие в твердые растворы, почти не оказывают влияния на снижение проводимости. На рис. 8-4 показано изменение проводимости алюминия в зависимости от содержания примесей.
Физические свойства алюминия марок А5; А6 и АЕ, предназначенного для изготовления шин и проводов, приведены ниже:
Плотность при 20 °С, кг/м3 …………………….9700
Удельное электрическое сопротивление при 20 °С (не более), мкОм м:
проволока твердая и полутвердая …………. 0,0283
мягкая ……………………………………………….0,0280
шины …………………………………………………0,0290
Температурный коэффициент сопротивления в интервале 0-150 °С, …… 0,004
Температурный коэффициент линейного расширения (20-100 °С), ……….
Теплопроводность, Вт/(м °С)……………………………………………………………….2,05
Температура плавления, °С …………………………………………………………………..660-647
Теплота плавления, Дж/кг ………………………………………………………………..
Температура отжига, °С ………………………………………………………………………350-400
Средняя теплоемкость (0-100 °С), Дж/(кг °С)…………………………………………….240
В табл. 8-17 приведена ориентировочная зависимость механических свойств алюминия от температуры.
Страница 1 из 3
Медь и ее сплавы характеризуются очень хорошей тепло- и электропроводностью и поэтому являются очень важным материалом для производства электрических устройств. Благодаря высокой теплопроводности и стойкости к тепловому удару медь обычно используется в газовых обогревателях. Медь и ее сплавы обладают хорошей стойкостью к коррозионному воздействию морской воды и химикатов и поэтому также используются в таких продуктах, как резервуары для химикатов, компоненты кораблей и оборудование для пищевой промышленности.В два раза более высокая, чем у алюминия, теплопроводность меди и высокая температура плавления (по сравнению с алюминием) означают, что для эффективного плавления меди электрической дугой необходимо сильно нагревать толстые свариваемые элементы. С бронзами с гораздо меньшей теплопроводностью таких проблем нет.
Рышард Ястшембский, Кшиштоф Тшесневский, Павел Щепанский, Збигнев Барткевич, Веслав Каландык, Войцех Будек
Поскольку теплопроводность бронз почти того же порядка, что и у сталей, обычных аппаратов импульсной сварки TIG или MIG достаточно для их сварки без нагрева.Поскольку теплопроводность меди в два раза больше, чем у алюминия, и в семь раз больше, чем у стали, для сварки меди без нагрева лучше всего подходят методы глубокого проплавления: электроды с покрытием для глубокого проплавления, метод A-TIG, функция forceArc, MIG SpeedPulse и гибридные методы: сварка плазменная + MIG, лазерная + TIG сварка [11], [10].
Свариваемость меди
Теплопроводность меди (370-400Вт/м/К) в два раза выше, чем у алюминия (200 Вт/м/К), теплопроводность латуни (110 Вт/м/К) в два раза ниже что теплопроводности алюминия и в два раза превышает теплопроводность стали (58 Вт/м/К), а теплопроводность никелевых бронз ненамного выше теплопроводности стали.Чистую медь можно разделить на электролитическую металлургическую медь (ЭПК) и бескислородную медь - раскисленную и бескислородную медь (ББК). В электролитической меди под действием О2 вредные примеси превращаются в оксиды, поэтому ее электропроводность очень хорошая, но тогда возникает риск снижения коррозионной стойкости и водородного охрупчивания.
В таблице 1 показаны типичные типы меди и медных сплавов. Чистая медь имеет в семь раз большую теплопроводность, чем сталь, и поэтому теплота сварки распространяется по основному материалу очень быстро, металл сварного шва трудно плавится и возникают дефекты сварки, такие как прилипание /5/.
б)
Рис. 1 Фазовые диаграммы медь-кислород а) и медь-водород б)
Температура плавления меди и медных сплавов составляет примерно 900-1100°С, а диапазон температур от твердого раствора до жидкости очень широк, что приводит к легкому образованию кристаллизационных трещин. Коэффициент линейного расширения также высок, поэтому легко возникают сварочные деформации.
Как показано на рисунке 1, диаграмма фазовых переходов медь-кислород показывает, что растворимость кислорода резко уменьшается с понижением температуры в меди и при 400°С достигает значения, близкого к нулю.Кислород с медью образует очень бедные твердые растворы и эвтектику с содержанием кислорода 0,39 % (3,5 % красного Cu2O) при температуре 1066 °С. Эвтектика создает сетку по границам зерен сварного шва /10/.
Поскольку чистая медь не имеет диапазона сосуществования жидкости и твердого тела, считается, что вам не следует беспокоиться о высокотемпературных трещинах. Однако на самом деле при большом усилении жесткости или при сварке толстых листов возникают трещины напряжения /6/.
Причиной их образования является низкая погонная энергия и отсутствие нагрева материала при сварке. Это приводит к отсутствию перемешивания между металлом шва и металлом шва в ЗТВ. Это вызывает образование и рост толстых столбчатых кристаллов, а примеси легко выделяются на границах зерен. Особенно опасно наличие на границах зерен растворов висмута и свинца, не образующих с медью твердых растворов /10/.Большая часть оксидов CuO (черных) получается при предварительном нагреве /10/.
Таблица 1 Типы меди и типичные медные сплавы
Диаграмма Cu-H показывает, что в твердом растворе меди с водородом существует большой интервал температур между жидкой и твердой фазами, поэтому при сварке водород из твердого раствора при слишком быстрой кристаллизации дает свободный водород, что вызывает волдыри.
Причиной образования пузырей в свариваемых медных сплавах, помимо того, что при затвердевании снижается растворимость таких газов, как водород, является также реакция между оксидами меди и водородом.При понижении температуры уменьшается:
Cu2O + h3 → Cu + h3O
и именно полученный водяной пар вызывает образование пузырьков.
В шве ЭПК вязкой меди, содержащей кислород, образуется много пузырей, а при сварке бескислородной меди или с применением дополнительных материалов, содержащих раскислители, например Ti или Si, пузырей практически не образуется, т.к. Фактором их образования в меди считается реакция О2 и Н3.Кроме того, при дуговой сварке в бескислородной медной защите из инертных газов возможно образование пузырей в шве из-за азота, содержащегося в защитных газах [6].
Свариваемость медных сплавов
В случае газовой сварки латуни цинк окисляется и вызывает вздутие. В представленных меднофазных системах обнаружены различные химические составы твердых растворов. Эти растворы обладают достаточно хорошими прочностными и пластическими свойствами, поэтому их используют в качестве промышленных сплавов.Медные сплавы, в которые добавлены Al, Si, Sn, Mn, Si, называются алюминиевой бронзой, кремниевой бронзой и т. д., а сплавы меди и цинка — латунью.
Двойные сплавы меди с Ni, Mn дают твердые непрерывные растворы, используются другие добавки, например: Zn, Sn, Al, Si. Двойные медные сплавы имеют достаточно сложные взаимоотношения из-за наличия в них неоднородных интерметаллидных фаз. Многофазные сплавы
используются реже, имеют другие растворы, сформированные на подложке из интерметаллических фаз, что делает их менее пластичными.
Типы, свойства и области применения наиболее важных медных сплавов приведены в таблице 2.
Теплопроводность медных сплавов ниже, чем у чистой меди, а теплопроводность никеля (мельхиор и медь) и фосфористых бронз сопоставима к черной стали.
В физике термин «проводимость» имеет несколько значений. В случае металлов, таких как алюминий и сталь, это обычно относится к передаче тепловой или электрической энергии, которая, как правило, тесно коррелирует в металлах, поскольку слабо связанные электроны, обнаруженные в металлах, проводят как тепло, так и электричество.
Теплопроводность, способность материала проводить тепло, обычно измеряется в ваттах на киловатт на метр.(«Ватт» — это единица мощности, обычно определяемая как вольт, умноженный на ампер или джоуль энергии в секунду. «Кельвин» — это абсолютная единица измерения температуры, где ноль кельвинов равен абсолютному нулю.) Материалы с хорошей теплопроводностью быстро передают большое количество тепла, например, быстро нагревающееся медное дно кастрюли. Плохие теплопроводники медленно передают тепло, например, прихватка для духовки.
Электропроводность, способность материала проводить электричество, обычно измеряется в сименсах на метр.(«Сименс» — это единица электропроводности, определяемая как 1, деленная на ом, где ом — стандартная единица электрического сопротивления.) Хорошие электрические кабели предпочтительны для проводки и соединения. Слабые проводники, называемые изоляторами, создают безопасный барьер между током под напряжением и окружающей средой, например, виниловая изоляция на удлинителе.
Чистый алюминий имеет теплопроводность приблизительно 235 Вт на кельвин на метр и электрическую проводимость (при комнатной температуре) приблизительно 38 миллионов Сименс на метр.Алюминиевые сплавы могут иметь гораздо более низкую проводимость, но редко такую низкую, как железо или сталь. Радиаторы электронных деталей изготавливаются из алюминия благодаря хорошей теплопроводности металла.
Углеродистая сталь имеет гораздо более низкую проводимость, чем алюминий: теплопроводность приблизительно 45 ватт на кельвин на метр и электропроводность (при комнатной температуре) приблизительно 6 миллионов сименс на метр.
Нержавеющая сталь имеет гораздо более низкую электропроводность , чем углеродистая сталь: теплопроводность около 15 Вт на кельвин на метр и электрическая проводимость (при комнатной температуре) около 1,4 миллиона сименс на метр.
.Теплопроводность - это информация о потоке энергии, протекающем через единицу поверхности слоя материала толщиной 1м, при разности температур по обе стороны этого слоя 1К (1°С). Коэффициент теплопроводности материала λ [Вт/(м•К)] является характеристическим значением данного материала. Это зависит от его химического состава, пористости, а также от влажности.
Чем ниже значение λ, тем лучше теплоизоляционные свойства.
| Битум | λ [Вт/(м·К)] |
| Битум нефтяной | 0,17 |
| Асфальтовая мастика | 0,75 |
| Асфальтобетон | 1,00 |
| Битумный войлок | 0,18 |
| Бетон | λ [Вт/(м·К)] | |
| Бетон из простого каменного заполнителя | плотность 2400 кг/м3 | 1,70 |
| плотность 2200 кг/м3 | 1,30 | |
| плотность 1900 кг/м3 | 1,00 | |
| Бетон на известковом заполнителе | плотность 1600 кг/м3 | 0,72 |
| плотность 1400 кг/м3 | 0,60 | |
| плотность 1200 кг/м3 | 0,50 | |
| Тощий бетон | 1,05 | |
| Цементная стяжка | 1,00 | |
| Железобетон напр.потолок | 1,70 | |
| Древесина и древесные материалы | λ [Вт/(м·К)] | |
| Сосна и ель | поперек волокон | 0,16 |
| вдоль волокон | 0,30 | |
| Бук и дуб | поперек волокон | 0,22 |
| вдоль волокон | 0,40 | |
| Фанера | 0,16 | |
| Пористая древесноволокнистая плита | 0,06 | |
| Твердая фибровая плита | 0,18 | |
| Опилки древесные, рассыпные | 0,09 | |
| Щепа древесная, прессованная | 0,09 | |
| Рассыпная древесная щепа | 0,07 | |
| Гипс и изделия из гипса | λ [Вт/(м·К)] |
| Газогипс | 0,19 |
| Гипсокартон | 0,23 |
| Гипсовая стяжка, чистая | 1,00 |
| Гипсовая стяжка с песком | 1,20 |
| Гипсовые плиты и блоки | 0,35 |
| Природные камни | λ [Вт/(м·К)] |
| Мрамор, гранит | 3,50 |
| Песчаник | 2,20 |
| Известняк пористый | 0,92 |
| Известняк компактный | 1,15 |
| Стеновой щебень вкл.минометы 35% 9000 5 | 2,50 |
| Материалы конструкции: | λ [Вт/(м·К)] |
| Стена из ячеистого бетона с тонкой противопожарной защитой (500) | 0,17 |
| Кладка бетонная ячеистаядля тонкой крышки (600) | 0,21 |
| Стена из ячеистого бетона с тонкой противопожарной защитой (700) | 0,25 |
| Стена из ячеистого бетона с тонкой противопожарной защитой (800) | 0,29 |
| Композитная бетонная стена для обшивки ce-wap (500) | 0,25 |
| Кладка бетонная ячеистаяпо приглашению ce-wap (600) | 0,3 |
| Композитная бетонная стена для ce-wap board (700) | 0,35 |
| Композитная бетонная стена для ce-wap board (800) | 0,38 |
| Стенка из керамического кирпича, отверстие | 0,62 |
| Стена из полнотелого керамического кирпича | 0,77 |
| Полая кирпичная стена | 0,64 |
| Кирпич клинкерный стеновой | 1,05 |
| Кирпичная стена в клетку | 0,56 |
| Полнотелая кирпичная стена | 0,77 |
| Пустотелый кирпич из силикатного кирпича | 0,80 |
| Полнотелая кирпичная стена из силикатного кирпича | 0,90 |
| Теплоизоляционные материалы: | λ [Вт/(м·К)] |
| Пенополистирол | 0,031-0,045 |
| Минеральная вата | 0,033-0,045 |
| Доски из вспененного пробкового дерева | 0,045 |
| Асфальтовые пробковые плиты | 0,070 |
| Соломенные доски | 0,080 |
| Тростниковые пластины | 0,070 |
| Цементно-стружечные плиты | 0,15 |
| Полиуретан (PUR/PIR) | 0,023-0,029 |
| Воздух (негазированный) | 0,02 |
| Белое пеностекло | 0,12 |
| Черное пеностекло | 0,07 |
| Экранирующие материалы | λ [Вт/(м·К)] |
| Цементная штукатурка | 1 |
| Известковая штукатурка | 0,70 |
| Цементно-известковая штукатурка | 0,82 |
| Штукатурка тонкослойная | 0,70 |
| Прочее | λ [Вт/(м·К)] |
| Алюминий | 200 |
| Цинк | 110 |
| Изоляционный войлок | 0,060 |
| Глина | 0,85 |
| Песчаная глина | 0,70 |
| Земля | 0,90 |
| Медь | 370 |
| Битумный войлок | 0,18 |
| Бумага | 0,25 |
| Средний песок | 0,40 |
| Облицовочная керамическая плитка, терракота | 1,05 |
| Картон | 0,14 |
| Конструкционная сталь | 58 |
| ACERMANA потолок 15см | 0,9 |
| ACERMANA потолок 18см | 1 |
| ACERMANA потолок 22см | 1,14 |
| Оконное стекло | 0,80 |
| Органическое стекло | 0,19 |
| Чугун | 50 |
| Печной шлак | 0,28 |
| Гравий | 0,90 |
| Напольное покрытие из ПВХ | 0,20 |
Металлы – вещества с кристаллической структурой. При нагревании они способны плавиться, то есть превращаться в жидкость. Некоторые из них имеют низкую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и подержав над пламенем свечи. Они свинцовые и оловянные. Другие можно плавить только в специальных печах. Медь и железо высокие. Для его снижения в металл вводят добавки.Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.
От чего зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики – теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкость – это способность поглощать теплоту при нагревании. Его числовым показателем является удельная теплоемкость. Под ним понимается количество энергии, которое может поглотить единица массы металла, нагретого на 1° С. Расход топлива на нагрев металлической заготовки до заданной температуры.Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), сплавов металлов - 100-2000 Дж/(кг*К).
Теплопроводность металлов – это передача тепла от более теплых частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопическом покое. Это зависит от строения материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах тепло переносится электронами, в других - твердыми материалами - фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем совершеннее их кристаллическая структура.Чем больше примесей в металле, тем больше искажена кристаллическая решетка и тем ниже его теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и снижает теплопроводность по отношению к основному металлу.
Все металлы имеют хорошую теплопроводность, но некоторые из них выше, чем другие. Примерами таких металлов являются золото, медь, серебро. Меньшая теплопроводность - у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является преимуществом или недостатком в зависимости от сферы их применения.Например, крайне важно, чтобы металлическая посуда быстро нагревала пищу. В то же время использование металлов с высокой теплопроводностью при изготовлении ручек посуды затрудняет их использование — ручки слишком быстро нагреваются и к ним нельзя прикасаться. Поэтому здесь используются теплоизоляционные материалы.
Еще одной характеристикой металла, влияющей на его свойства, является его тепловое расширение. Это проявляется в увеличении объема металла при нагревании и уменьшении - при охлаждении.Это явление необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий. Например, крышки от кастрюль делаются накладными, чайники также имеют зазор между крышкой и корпусом, чтобы крышка не заедала при нагревании.
Для каждого металла рассчитывают коэффициент, который определяют при нагреве на 1 °С прототипа длиной 1 м. Наибольший коэффициент имеют свинец, цинк и олово. В меди и серебре меньше. Еще ниже - железо и золото.
По своим химическим свойствам металлы делятся на несколько групп.Существуют активные металлы (например, калий или натрий), которые могут мгновенно реагировать с воздухом или водой. Шесть наиболее активных металлов, составляющих первую группу периодической таблицы, называются щелочными. Они имеют низкую температуру плавления и настолько мягкие, что их можно резать ножом. Щелочные растворы образуются в сочетании с водой, отсюда и их название.
Ко второй группе относятся щелочноземельные металлы — кальций, магний и др. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие.Примерами металлов в следующих третьей и четвертой группах являются свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и часто используются в сплавах. Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более пластичны и часто используются в промышленности в виде сплавов.
Положение каждого металла в ряду активностей характеризует его способность реагировать. Чем активнее металл, тем легче он поглощает кислород. Их очень трудно выделить из соединений, при этом неактивные можно найти в чистом виде.Наиболее активные из них — калий и натрий — запасаются в керосине, вне его тут же окисляются. Среди металлов, используемых в промышленности, медь наименее активна. Используется для производства баков и труб для горячей воды и электропроводки.
Определение теплопроводности металлов играет важную роль в некоторых областях, таких как металлургия, радиотехника, машиностроение и строительство. На сегодняшний день существует множество различных методов, с помощью которых можно определить теплопроводность металлов.
Данная работа посвящена изучению основного свойства металлов - теплопроводности, а также изучению методов испытаний на теплопроводность.
Предметом исследования является теплопроводность металлов, а также различные лабораторные методы испытаний.
Предметом исследования являются коэффициенты теплопроводности металлов.
Планируемый результат - постановка Лабораторная работа "Определение теплопроводности металлов" калориметрическим методом.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
Изучение теории теплопроводности металлов;
Исследование методов определения коэффициента теплопроводности;
Подбор лабораторного оборудования;
Экспериментальное определение теплопроводности металлов;
Конспект лабораторной работы «Определение теплопроводности металлов».
Работа состоит из трех глав, в которых раскрыты поставленные задачи.
Теплопроводность – это молекулярный теплообмен между непосредственно соприкасающимися телами или молекулами одного и того же тела при различных температурах, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц в теле.
Основным законом теплопередачи теплопроводностью является закон Фурье.Согласно этому закону, количество тепла dQ, переносимого за счет теплопроводности через элемент поверхности dF, перпендикулярный тепловому потоку, за время df, прямо пропорционально градиенту температуры, площади dF и времени df.
Коэффициент пропорциональности l называется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности — это теплофизическое свойство вещества, он характеризует способность вещества проводить тепло.
Знак минус в формуле (1) указывает на то, что тепло передается в сторону уменьшения температуры.
Количество теплоты, прошедшее в единицу времени через изотермическую единицу площади, называется тепловым потоком:
Закон Фурье применим к описанию теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел, разница будет только в коэффициентах теплопроводности.
Теплопроводность – это теплофизическое свойство вещества, характеризующее способность вещества проводить тепло.
Теплопроводность - количество теплоты, проходящее через одну площадь в единицу времени, перпендикулярно градации т.
Теплопроводность различна для разных веществ и зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры. Эти соображения следует учитывать при использовании справочных таблиц.
Наибольшее значение имеет коэффициент теплопроводности металлов, для которых. Самым теплопроводным металлом является серебро, за ним следуют чистая медь, золото, алюминий и т. д.Для большинства металлов повышение температуры приводит к снижению теплопроводности. Эту зависимость можно аппроксимировать уравнением прямой линии
здесь l, l0 - коэффициенты теплопроводности при данной температуре t и при 00С соответственно, w - температурный коэффициент. Теплопроводность металлов очень чувствительна к загрязнениям.
Например, при наличии в меди даже следов мышьяка ее теплопроводность падает с 395 до 142; для стали при 0,1 % углерода l = 52, при 1,0 % - l = 40, при 1,5 % углерода l = 36.
Термическая обработка также влияет на теплопроводность. Так, в закаленной углеродистой стали l на 10-25 % ниже, чем в мягкой стали. По этим причинам теплопроводность промышленных металлических образцов при одних и тех же температурах может существенно различаться. Следует отметить, что для сплавов, в отличие от чистых металлов, характерно увеличение теплопроводности с повышением температуры. К сожалению, до сих пор не установлены общие количественные стандарты, регулирующие коэффициент теплопроводности сплавов.
Значение коэффициента теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов - диэлектриков во много раз ниже, чем у металлов и составляет 0,02 - 3,0. У подавляющего большинства из них (исключение — магнезитовый кирпич) коэффициент теплопроводности увеличивается с повышением температуры. В этом случае уравнение (3) можно применить, помня, что для твердых тел - диэлектриков v > 0.
Многие строительные и теплоизоляционные материалы имеют пористую структуру (кирпич, бетон, асбест, шлак и др.). Для них и порошкообразных материалов теплопроводность в значительной степени зависит от насыпной плотности. Это связано с тем, что при увеличении пористости большая часть объема заполняется воздухом, коэффициент теплопроводности которого очень низкий. Однако чем выше пористость, тем ниже объемная плотность материала. Таким образом, уменьшение насыпной плотности материала при прочих равных условиях приводит к уменьшению 1,
Для асбеста, например, уменьшение насыпной плотности с 800 кг/м3 до 400 кг/м3 приводит к уменьшению с 0,248 до 0,105.Влияние влажности очень велико. Например, для сухого кирпича l = 0,35, для жидкого 0,6, а для сырого кирпича l = 1,0.
На эти явления необходимо обращать внимание при определении и технических расчетах теплопроводности. Коэффициент теплопроводности падающих жидкостей находится в пределах 0,08 - 0,7. В то же время для подавляющего большинства жидкостей коэффициент теплопроводности уменьшается с ростом температуры. Исключение составляют вода и глицерин.
Теплопроводность газов еще ниже.
Теплопроводность газов увеличивается с повышением температуры. В пределах 20 мм рт. до 2000 Вт (бар), т.е. в области, наиболее часто встречающейся на практике, не зависим от давления. Следует помнить, что для смеси газов (выхлопных газов, атмосферы термических печей и т.п.) коэффициент теплопроводности рассчитать невозможно. Поэтому при отсутствии справочных данных достоверное значение l может быть найдено только опытным путем.
Со значением л
Для решения задач теплопроводности необходимо иметь информацию о некоторых макроскопических свойствах (теплофизических параметрах) вещества: теплопроводности, плотности, удельной теплоемкости.
Теплопроводность металлов очень высока. Он не ограничивается теплопроводностью сети, поэтому здесь должен работать другой механизм теплопередачи. Оказывается, что в чистых металлах теплопроводность происходит почти исключительно за счет электронного газа, и только в сильно загрязненных металлах и сплавах, где проводимость мала, вклад теплопроводности сетки оказывается значительным.
Численную характеристику теплопроводности материала можно определить по количеству теплоты, прошедшей через материал определенной толщины за определенный период времени.Численные характеристики важны при расчете теплопроводности различных профильных изделий.
Теплопроводность различных металлов
Теплопроводность требует прямого физического контакта между двумя телами. Это означает, что теплообмен возможен только между твердыми телами и стационарными жидкостями. Непосредственный контакт позволяет передавать кинетическую энергию от молекул самого теплого вещества к самому холодному.Теплопередача происходит, когда тела с разной температурой находятся в непосредственном контакте друг с другом.
Здесь следует отметить, что частицы теплого тела не могут проникнуть в холодное тело. Передается только кинетическая энергия, что приводит к равномерному распределению тепла. Эта передача энергии будет продолжаться до тех пор, пока соприкасающиеся тела не станут равномерно нагретыми. В этом случае достигается тепловое равновесие. Опираясь на эти знания, можно рассчитать, какой теплоизоляционный материал потребуется для теплоизоляции здания.
Высокая теплопроводность меди, наряду с другими замечательными свойствами, обеспечила этому металлу значительное место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.
Теплопроводность – это процесс передачи энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых частей тела частицам менее нагретых его частей. Этот теплообмен приводит к выравниванию температур.По телу передается только энергия, материя не движется. Характерной чертой теплопроводности является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которое проходит через материал площадью 1 м2, толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.
Теплопроводность меди при 20–100°С составляет 394 Вт/(м * К) - выше только серебро. уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железу - в 6 раз.Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. В случае с медью скорость теплопередачи снижается при добавлении в материал или в результате попадания внутрь, в технологический процесс таких веществ, как:
Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением тепловой энергии по всему объему объекта.Это умение обеспечило меди широкое применение в любых системах теплопередачи. Применяется в производстве труб и радиаторов для холодильников, кондиционеров, вакуумных агрегатов, автомобилей для отвода лишнего тепла от теплоносителя. В отопительных приборах такие изделия из меди используются для обогрева.
Способность меди проводить тепло уменьшается по мере того, как она нагревается. Величина теплопроводности меди на воздухе зависит от температуры последнего, что влияет на теплообмен (охлаждение).Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и тем ниже его теплопроводность. Именно поэтому во всех теплообменниках используется принудительная подача воздуха с вентилятором – это повышает КПД устройств и в то же время поддерживает теплопроводность на оптимальном уровне.
Теплопроводность алюминия и меди разная - у первых она меньше в 1,5 раза. В случае с алюминием этот параметр составляет 202-236 Вт/(м * К) и достаточно высок по сравнению с другими металлами, но ниже золота, меди, серебра. Диапазон алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств материалов. 90 145
Алюминий
не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит следующие показатели:
Аналогичное изделие, но из алюминия, намного легче меди. Поскольку веса металла требуется в 3 раза меньше, а цена в 3,5 раза ниже, алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз.Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение в производстве посуды и пищевой фольги для духовых шкафов. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде его не используют — в основном распространены его сплавы (самый известный — дюраль).
В различных теплообменниках самым важным является скорость, с которой избыточная энергия возвращается в окружающую среду. Эта проблема решается интенсивным обдувом радиатора вентилятором. В то же время меньшая теплопроводность алюминия практически не влияет на качество охлаждения, а оборудование и устройства значительно легче и дешевле (напр.компьютер и устройства). В последнее время в производстве наметилась тенденция замены медных труб в системах кондиционирования на алюминиевые.
Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике как токопроводящий материал. Благодаря высокой пластичности из него можно вытягивать провода диаметром до 0,005 мм и выполнять другие очень тонкие токопроводящие соединения, применяемые в электронных устройствах. Более высокая проводимость, чем у алюминия, обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов.Теплопроводность позволяет эффективно передавать выделяющееся при работе тепло внешним элементам устройств - корпусу, силовым контактам (например, микросхемам, современным микропроцессорам).
Трафареты медные применяются при сварке, когда необходимо выполнить наплавку нужной формы на стальной детали. Высокая теплопроводность не позволит сварить соединение медного шаблона с металлом. В таких случаях нельзя использовать алюминий, так как он может расплавиться или прогореть.Медь также используется при угольной дуговой сварке — стержень из этого материала служит износостойким катодом.
Низкая теплопроводность во многих случаях является желательным свойством - это основа теплоизоляции. Использование медных труб в системах отопления приводит к значительно большим потерям тепла, чем при использовании трубопроводов и труб из других материалов. Медные трубопроводы требуют более полной теплоизоляции.
Медьобладает высокой теплопроводностью, что достаточно затрудняет процесс монтажа и другие работы, имеющие свои особенности. Сварка, пайка и резка меди требуют более концентрированного нагрева, чем сталь, и часто требуют одновременного предварительного нагрева и нагрева металла.
При газовой сварке меди необходимо применять горелки мощностью на 1-2 разряда больше, чем для стальных деталей той же толщины. При толщине меди более 8-10 мм рекомендуется работать двумя, а то и тремя горелками (часто сварка производится одной, а остальные нагреваются).Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, способный резать 300 мм высокохромистой стали, подходит для резки латуни, бронзы (медных сплавов) до 150 мм и чистой меди до 50 мм. Все работы связаны с гораздо большими затратами на расходные материалы.
Медь является одним из основных компонентов электроники и используется во всех микросхемах. Удаляет и рассеивает тепло, выделяемое потоком электричества.Ограничение быстродействия компьютеров связано с увеличением нагрева процессора и других элементов схемы при увеличении тактовой частоты. Разбиение на несколько одновременно работающих ядер и другие способы борьбы с перегревом исчерпали себя. В настоящее время ведутся опытно-конструкторские работы по получению проводников с более высокой электро- и теплопроводностью.
Недавно открытый учеными графен может значительно увеличить теплопроводность медных проводников и их способность рассеивать тепло.В ходе эксперимента медный слой был со всех сторон покрыт графеном. Это улучшило теплопередачу проводника на 25%. Как пояснили ученые, новое вещество изменяет структуру теплообмена и позволяет энергии более свободно течь в металле. Изобретение находится в стадии разработки - в эксперименте используется медный проводник большего размера, чем в процессоре.
- первый строительный материал по важности и широкому использованию. Он известен с древних времен, и его свойства таковы, что когда железо научились выплавлять в значительных количествах, оно вытеснило все остальные сплавы.Железный век наступил, и, судя по всему, это время не скоро закончится. В этой статье вы узнаете, каков удельный вес железа, какова его температура плавления в чистом виде.
Железо — типичный химически активный металл. Вещество реагирует при нормальной температуре, а нагревание или повышение влажности значительно увеличивает его реакционную способность. Железо разъедает на воздухе, горит в чистом кислороде и в виде мелкой пыли может также воспламеняться на воздухе.
Чистое железо ковкое, но в таком виде металл встречается очень редко. По сути, железо представляет собой сплав с небольшой долей примесей — до 0,8 %, который характеризуется мягкостью и пластичностью чистого вещества. Значение для народного хозяйства сплавов с углеродом - стали, чугуна, нержавеющей стали.
Железу присущ полиморфизм: существует целых 4 модификации, отличающиеся структурой и параметрами сети:
Под высоким давлением, а также при сплавлении металла с некоторыми добавками образуется ε-фаза с гексагональной, плотно упакованной сеткой.
Температура фазовых превращений заметно меняется после легирования одним и тем же углеродом.По сути, сама способность железа создавать столько модификаций служит основой для обработки стали в различных температурных режимах. Без таких переходов металл не получил бы такого распространения.
Теперь очередь свойств черного металла.
Этот фильм рассказывает о строении железа:
Железо — довольно легкий, умеренно тугоплавкий металл серебристо-серого цвета. Он легко реагирует с разбавленными кислотами и поэтому считается элементом средней активности.В воздушно-сухом состоянии металл постепенно покрывается оксидным слоем, препятствующим дальнейшей реакции.
Но при самой низкой влажности вместо пленки появляется ржавчина - рыхлая и неоднородная по составу. Ржавчина не препятствует дальнейшей коррозии железа. Однако физические свойства металла, а главное, его сплавов с углеродом таковы, что, несмотря на низкую коррозионную стойкость, применение железа более чем оправдано.
Молекулярная масса железа равна 55,8, что говорит об относительной легкости вещества.Какова плотность железа? Этот показатель определяется модификацией фазы:
При повышении температуры плотность железа естественным образом уменьшается.
Теперь выясним, какова температура плавления железа в градусах Цельсия, сравнив его, например, с чугуном.
Металл относится к категории среднетугоплавких, что означает относительно низкое изменение температуры агрегатного состояния:
90 114 90 115 температура плавления - 1539 С; температура кипенияСледует помнить, что, говоря о температуре плавления или кипения, мы имеем дело с δ-фазой вещества.
Это видео расскажет вам о физико-химических свойствах железы:
Железо и его сплавы настолько распространены, что, хотя их начали использовать позже, чем, например,, стали своего рода стандартом. При сравнении металлов указывают на железо: прочнее стали, в 2 раза мягче железа и так далее.
Характеристики даны для металла с небольшим количеством примесей:
Показатели прочности сильно зависят от количества и характера примесей.Это значение регламентируется ГОСТом для каждой марки сплава или чистого металла. Так, максимальная прочность на сжатие нелегированной стали составляет 400–550 МПа. При закалке этой марки предел прочности увеличивается до 700 МПа.
Далее выясняем, что нужно для правильного определения теплоемкости утюга.
Как и любой металл, железо проводит тепло, хотя эффективность его в этой области невелика: по теплопроводности металл уступает алюминию - в 2 раза меньше и - в 5 раз.
Теплопроводность при 25°С составляет 74,04 Вт/(м·К). Значение зависит от температуры;
Железо проводит электричество, но не так хорошо, как медь и серебро. Удельное электрическое сопротивление металла при нормальных условиях - 9,7·10-8 Ом.
Поскольку железо является ферромагнетиком, его эффективность в этой области более значительна:
Металл не представляет опасности для организма человека. Сталь и производство изделий из железа могут быть опасны, но только из-за высоких температур и добавок, которые используются для изготовления различных сплавов. Отходы черных металлов, лом, представляют опасность для окружающей среды, но достаточно умеренную, так как металл ржавеет на воздухе.
Железо не обладает биологической индифферентностью и поэтому не используется в качестве материала для протезов.Однако в организме человека этот элемент играет одну из важнейших ролей: нарушение всасывания железа или его недостаточное количество в рационе в лучшем случае гарантирует анемию.
Железо очень трудно усваивается - 5-10% от общего количества поступает в организм или 10-20% при его отсутствии.
Железо представляет собой металл, физические свойства которого, в частности прочность, могут быть значительно изменены механической обработкой или добавлением очень небольшого количества легирующих элементов. Эта особенность в сочетании с доступностью и легкостью извлечения металла делает железо самым желанным строительным материалом.
Подробнее о свойствах железа специалист расскажет в следующем видео:
Теплопроводность — это физическая величина, которая измеряет способность материалов проводить тепло.Другими словами, теплопроводность – это способность вещества передавать кинетическую энергию атомов и молекул другим веществам, находящимся с ними в непосредственном контакте. В системе СИ это значение измеряется в Вт/(К*м) (ватт на метр по Кельвину), что эквивалентно Дж/(с*м*К) (Джоуль на секунду по Кельвину).
Это интенсивная физическая величина, то есть та, которая описывает свойство материи, не зависящее от количества последней. Температура, давление, электропроводность также являются интенсивными величинами, т. е. эти свойства одинаковы везде в одном и том же веществе.Другая группа физических величин — это обширные величины, определяемые количеством материи, такие как масса, объем, энергия и другие.
Обратной величиной теплопроводности является тепловое сопротивление, которое отражает способность материала препятствовать прохождению через него тепла. Для изотропного материала, т. е. материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется как отношение теплового потока на единицу площади в единицу времени к градиенту температуры.Таким образом, теплопроводность в один ватт на метр Кельвина означает, что через материал передается тепловая энергия в один джоуль:
Очевидно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло и наоборот.Например, значение этой величины для меди составляет 380 Вт/(м*К), а этот металл в 10 000 раз лучше передает тепло, чем полиуретан, имеющий теплопроводность 0,035 Вт/(м*К).
При нагревании вещества увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих его частиц, то есть повышается уровень беспорядка, атомы и частицы начинают интенсивнее и с большей амплитудой совершать колебания вокруг своих положений равновесия в веществе.Теплопередача, которая на макроскопическом уровне может быть описана законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между молекулами (атомами и молекулами) веществ, без передачи последних.
Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от объяснения тепловой конвекции, при которой тепло передается переносом вещества. Все твердые тела обладают способностью проводить тепло, тогда как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах.Действительно, твердые тела передают тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если в них существуют градиенты температуры, передают тепло в основном за счет процессов конвекции.
Металлы обладают ярко выраженной теплопроводностью. Полимеры отличаются низкой теплопроводностью, а некоторые из них практически не проводят тепло, например стекловолокно, такие материалы называют теплоизоляторами.Для того чтобы возник тот или иной поток тепла через пространство, необходимо присутствие в этом пространстве некоторого вещества, поэтому в открытом пространстве (пустом пространстве) теплопроводность равна нулю.
Каждый однородный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), представляющим собой величину, определяющую, какое количество теплоты должно пройти через площадь 1 м², чтобы в одном во-вторых, проходя через материал толщиной в один метр, температура на его концах меняется через каждые 1 К.Это свойство присуще любому материалу и меняется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент обычно измеряют при комнатной температуре (300 К) для сравнения свойств разных веществ.
Если материал неоднородный, например железобетон, вводят понятие полезной теплопроводности, которая измеряется по коэффициентам однородных веществ, входящих в состав этого материала.
В таблице ниже указана теплопроводность некоторых металлов и сплавов в Вт/(м*К) при температуре 300 К (27°С):
В таблице ниже приведены данные для неметаллических твердых веществ:
Из рассмотренных данных видно, что теплопроводность металлов значительно выше, чем у неметаллов. Исключение составляет алмаз, коэффициент теплопередачи которого в пять раз больше, чем у меди. Это свойство алмаза обусловлено сильными ковалентными связями между атомами углерода, составляющими его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человеку становится холодно, когда он касается ртом алмаза. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию, используемую в микроэлектронике для отвода тепла от микросхем.А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий бриллиант от подделки.
В некоторых промышленных процессах предпринимались попытки увеличить теплопередающую способность, что достигается либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между структурными элементами. Примерами таких конструкций являются теплообменники и распределители тепла. В других случаях, наоборот, пытаются снизить теплопроводность, что достигается за счет применения теплоизоляторов, пустот в конструкциях и уменьшения контактной поверхности элементов.
Теплообменная способность стали зависит от двух основных факторов: состава и температуры.
Простые углеродистые стали с увеличением содержания углерода уменьшают свой удельный вес, в соответствии с чем снижается и их теплопередающая способность с 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процентного содержания углерода в стали от 0,5 до 1, 5%.
Нержавеющие стали содержат хром (10% и более), который вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышающие потенциал металлического электрода.Теплопроводность нержавеющих сталей низкая по сравнению с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от состава. Жаропрочные хромоникелевые стали имеют еще более низкие значения этого коэффициента (11-19 Вт/(м*К).
Еще один класс – оцинкованная сталь с удельным весом 7850 кг/м3, которую получают путем покрытия стали железом и цинком. Поскольку цинк легче проводит тепло, чем железо, теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой по сравнению с другими марками стали.Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).
Теплопроводность стали при разных температурах обычно мало меняется. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 падает с 86 до 30 Вт/(м*К) при повышении температуры от комнатной до 1200 °С, а для стали марки 08Х13 при повышении температуры от 100 до 900 °С. не изменяет своего коэффициента теплопроводности (27-28 Вт/(м*К).
Способность проводить тепло зависит от многих факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.
Влияние температуры на теплопроводность металлов и неметаллов различается. В металлах проводимость в основном связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана-Франца, теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах электропроводность уменьшается с повышением температуры, поэтому теплопроводность остается примерно постоянной.В случае сплавов электропроводность незначительно меняется с повышением температуры, поэтому теплопроводность сплавов увеличивается пропорционально температуре.
С другой стороны, перенос тепла в неметаллах в основном связан с колебанием решетки и обменом фононами решетки. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, пробег фононов в решетке при высоких температурах существенно не уменьшается, поэтому теплопроводность остается постоянной во всем диапазоне температур, т.е. она незначительна.При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло вместе с их теплоемкостью значительно снижается.
Когда материал претерпевает фазовый переход первого порядка, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное, его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является различие этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).
).Изменения кристаллической структуры материалов влияют и на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций веществ одного и того же состава.Анизотропия влияет на разную интенсивность рассеяния фононов решетки, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в разных направлениях в кристалле. Прекрасным примером здесь является сапфир, который имеет проводимость от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.
Теплопроводность металлов изменяется с электропроводностью по закону Видемана-Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию.Для других материалов соотношение между этими типами проводимости неясно из-за малой доли электронного элемента в теплопроводности (у неметаллов основную роль в механизме теплопередачи играют решеточные фононы).
Воздух и другие газы обычно являются хорошими теплоизоляторами при отсутствии конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизоляционных материалов, содержащих большое количество мелких пустот и пор.Такая конструкция не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких искусственных материалов являются аэрогели из полистирола и диоксида кремния. По такому же принципу работают в природе такие теплоизоляторы, как кожа животных и оперение птиц.
Легкие газы, такие как водород и гель, обладают высокой теплопроводностью, в то время как тяжелые газы, такие как аргон, ксенон и радон, плохо проводят тепло. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве изолирующего газового наполнителя в двойных стеклопакетах и лампах накаливания.Исключением является гексафторид серы (SF6), который является тяжелым газом и имеет относительно высокую теплопроводность из-за высокой теплоемкости.
.А1 (AW-1050A) характеризуется высокой пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью, поддается холодной штамповке, не пригоден для механической обработки. Хорошо сваривается и подвержен анодированию. Обладает высокой тепло- и теплопроводностью, поэтому широко применяется в энергетике, автомобилестроении и строительстве. В пищевой промышленности их используют в качестве теплообменников, емкостей, предметов домашнего обихода.
| № | ЕН | W. № | ИСО | ДИН | Прочее |
| А1 | АВ-1050А | 3.0255 | Ал99.5 | Ал99.5 | - |
| Ал | Фе | Си | Цинк | Ти | мг | Мн | Медь | Прочее |
| мин | макс. | макс. | макс. | макс. | макс. | макс. | макс. | макс. |
| 99,50 | 0,40 | 0,25 | 0,07 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,03 |
| Плотность | 2,70 г/см³ |
| Модуль упругости E | 69000 МПа |
| Модуль сдвига G | 25900 МПа |
| Число Пуассона | 0.33 |
| Точка замерзания | 645°С |
| Температура застывания | 658°С |
| Удельная теплоемкость | 899 Дж/кг К |
| Коэффициент теплового расширения | 23,5 мкм/мК |
| Удельное сопротивление | 29 нОм·м |
| Теплопроводность | 229 Вт/мК |
| Электропроводность | 59,5% МАКО |
Металлургический алюминий – один из самых популярных материалов, используемых в настоящее время в строительстве и производстве объектов ЖКХ. Его преимуществом является относительно небольшой вес, благодаря которому даже большие конструкции не отягощают грунт и не требуют специальных систем крепления. Это сырье присутствует в земле, составляя около 8% массы ее твердой поверхности. Его добывают в виде бокситовой руды, из которой извлекают глинозем.Из примерно 1,9 кг этого соединения электролизом получается 1 кг металла.
Чистый алюминий не обладает свойствами, необходимыми для различных применений. Поэтому его используют для создания сплавов. Примеси магния, меди, цинка, марганца или других элементов делают его более ковким, коррозионностойким и пластичным. В зависимости от состава алюминиевые сплавы , маркируются номерами серий (например, чистый алюминий — серия 1000, сплав с добавлением меди — серия 2000 и т. д.). Широкий диапазон вариантов также включает сплав 6061 .
Этот отличительный материал относится к серии 6000, которая включает в себя так называемые Силумины - кремнийсодержащие марки. Этот элемент сочетается с магнием и другими добавками, процентное содержание которых невелико. Согласно EN 573-1 сплав 6061 содержит:
Алюминий 6061 – это сплав, который ценится за сочетание высокой коррозионной стойкости с хорошими механическими свойствами.Материал поддается сварке и имеет твердость 95HB. Это простой в обработке материал - подходит для ковки, гибки и штамповки. Среди всех сплавов этого металла марка 6061 отличается самой высокой теплопроводностью. Другими важными свойствами алюминия 6061 являются:
90 018 90 019 мин. предел прочности - 280-300 МПа (Rm),
Одним из ценных преимуществ алюминия является его пластичность, благодаря которой материалу можно придавать свободную форму.В результате он используется в большинстве производственных отраслей, начиная от авиационной и морской промышленности, автомобильной промышленности и заканчивая пищевой промышленностью. Сплав 6061 в состоянии Т6 (пересыщенный и состаренный) обладает лучшим комплексом прочностных свойств. Благодаря этому он используется в промышленности, в том числе авиационный, железнодорожный, автомобильный.
Предложение JFK Group включает алюминий 6061 в трех вариантах состояния закалки.Мы предлагаем как сверхпрочный сплав в состоянии Т6, так и две его разновидности Т62 и Т651. Последний проходит термообработку, снятие напряжения (контролируемое растяжение) и искусственно состаривается. Все три типа сплава 6061 доступны в различных толщинах от 3 до 300 мм. Мы выполняем заказы для людей из Силезии, а также для клиентов со всей Польши. Доставляем продукцию собственным транспортом.
.Алюминий и нержавеющая сталь могут выглядеть одинаково, но на самом деле они совершенно разные. Решая, какой тип металла использовать для вашего следующего проекта, помните о 10 различиях:
Отношение усилия к весу. Алюминий обычно не такой прочный, как сталь, но тоже составляет почти треть веса. Это основная причина, почему самолеты сделаны из алюминия.
Коррозия. Нержавеющая сталь состоит из железа, хрома, никеля, марганца и меди. Хром добавляют в качестве антикоррозионного агента. Кроме того, поскольку он непористый, повышается коррозионная стойкость. Алюминий обладает высокой стойкостью к окислению и коррозии, в основном благодаря пассивирующему слою. Когда алюминий окисляется, его поверхность становится белой и иногда разрушается. В некоторых чрезвычайно кислых или щелочных средах алюминий может быстро подвергаться коррозии с катастрофическими последствиями.
Теплопроводность. Алюминий имеет гораздо лучшую теплопроводность (проводник тепла), чем нержавеющая сталь. Одной из основных причин является то, что он используется для автомобильных радиаторов и кондиционеров.
Стоимость. Алюминий обычно дешевле нержавеющей стали.
Возможно. Алюминий довольно мягкий, его легче резать и формовать. Из-за ее износостойкости и стойкости к истиранию обработка нержавеющей стали может быть затруднена.Нержавеющие стали тверже и особенно труднее поддаются формованию, чем алюминий.
Сварка. Нержавеющая сталь относительно легко сваривается, а алюминий может быть трудным.
Термические свойства. Нержавеющая сталь может использоваться при гораздо более высоких температурах, чем алюминий, который может стать очень мягким при температуре выше 400 градусов.
Электропроводность.Нержавеющая сталь является действительно плохим проводником по сравнению с большинством металлов. Алюминий является очень хорошим проводником электричества. Из-за высокой проводимости, легкого веса и коррозионной стойкости воздушные линии высокого напряжения обычно изготавливают из алюминия.
Прочность. Нержавеющая сталь прочнее алюминия (без учета веса).
Воздействие на пищу. Нержавеющая сталь менее вступает в реакцию с пищевыми продуктами. Алюминий может реагировать с пищей, что может повлиять на цвет и вкус.
Hot Tags: 10 различий между алюминием и нержавеющей сталью, Китай, производители, поставщики, дистрибьютор, завод, купить, цена
.
