меди, латуни и алюминия, теплопередача
Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.
- Что такое теплопроводность
- Показатели для стали
- Влияние концентрации углерода
- Значение в быту и производстве
Что такое теплопроводность
Данный термин означает способность различных материалов к обмену энергией, которая в этом случае представлена теплом. При этом передача энергии проходит от более нагретой части к холодной и происходит за счет:
- Молекул.
- Атомов.
- Электронов и других частиц структуры металла.
Теплопроводность нержавеющей стали будет существенно отличаться от аналогичного показателя другого металла — например, коэффициент теплопроводности меди будет иным, нежели у стали.
Для обозначения этого показателя используется специальная величина, именуемая коэффициентом теплопроводности. Она характеризуется количеством теплоты, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.
Показатели для стали
Теплопроводность может существенно отличаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент данной величины у стали и меди будет разным. Кроме этого, при повышении или уменьшении концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.
Существуют и другие особенности теплопроводности:
- Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
- У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
- Само термическое воздействие также может оказывать воздействие на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет значение проводимости, что связано с изменением кристаллической решетки.
Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше, что связано с более низкой плотностью этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от соответствующего показателя стали.
Влияние концентрации углерода
Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:
- Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
- Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
- У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.
Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.
Значение в быту и производстве
Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:
- При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
- При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
- При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.
Теплопроводность алюминий или медь — Автомобильный портал AutoMotoGid
Содержание
- Что такое теплопроводность и для чего нужна
- Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
- От чего зависит показатель теплопроводности
- Методы измерения
- Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
- Применение
- 1 Медь – коротко про теплопроводность
- 2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
- 3 Минусы высокой теплопроводности
- 4 Как у меди повысить теплопроводность?
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.
Что такое теплопроводность и для чего нужна
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.
Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
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
От чего зависит показатель теплопроводности
Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:
- вида металла;
- химического состава;
- пористости;
- размеров.
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.
Методы измерения
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.
Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.
Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.
Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.
Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.
Применение
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:
- кухонная посуда с различными свойствами;
- оборудование для пайки труб;
- утюги;
- подшипники качения и скольжения;
- сантехническое оборудование для подогрева воды;
- приборы отопления.
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.
1 Медь – коротко про теплопроводность
Теплопроводностью называют процесс переноса энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых участков тела к частицам менее нагретых его участков. Такой теплообмен приводит к выравниванию температуры. Вдоль тела переносится только энергия, вещество не перемещается. Характеристикой способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м 2 , толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.
Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса таких веществ, как:
Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.
Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.
2 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.
Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:
- плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
- стоимость – ниже в 3,5 раза.
Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).
В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.
Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).
Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.
3 Минусы высокой теплопроводности
Низкая теплопроводность во многих случаях является нужным свойством – на этом основана теплоизоляция. Использование медных труб в системах отопления приводит к гораздо большим потерям тепла, чем при применении магистралей и разводок из других материалов. Медные трубопроводы требуют более тщательной теплоизоляции.
У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.
При газовой сварке меди необходимо использование горелок мощностью на 1–2 номера выше, чем для стальных деталей такой же толщины. Если медь толще 8–10 мм, рекомендуется работать с двумя или даже тремя горелками (часто сварку производят одной, а другими осуществляют подогрев). Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, достаточный для толщины высокохромистой стали в 300 мм, подойдет для резки латуни, бронзы (сплавы меди) толщиной до 150 мм, а чистой меди всего в 50 мм. Все работы связаны с значительно большими затратами на расходные материалы.
4 Как у меди повысить теплопроводность?
Медь – один из главных компонентов в электронике, используется во всех микросхемах. Она отводит и рассеивает тепло, образующееся при прохождении тока. Ограничение быстродействия компьютеров обусловлено увеличением нагрева процессора и других элементов схем при росте тактовой частоты. Разбиение на несколько ядер, работающих одновременно, и другие способы борьбы с перегревом себя исчерпали. В настоящее время ведутся разработки, направленные на получение проводников с более высокой электропроводимостью и теплопроводностью.
Открытый недавно учеными графен способен значительно увеличить теплопроводность медных проводников и их возможность к рассеиванию тепла. При проведении эксперимента слой меди покрыли графеном со всех сторон. Это улучшило теплоотдачу проводника на 25 %. Как объяснили ученые, новое вещество меняет структуру передачи тепла и позволяет энергии двигаться в металле свободнее. Изобретение находится на стадии доработки – при эксперименте использовался медный проводник гораздо больших размеров, чем в процессоре.
Шаг пятый.
Предыдущие шажки можно увидеть здесь.
Достался мне тут недавно бракованный кулер Titan D5TB/Cu35. Все было нормально, но основание не отшлифовано совсем, медный пятак имел частые борозды видимо от отрезного станка глубиной примерно 0,5 мм.
Решено было – отполировать и поставить.
Эффект превзошел все ожидания. Температура, под нагрузкой, упала до 47 градусов.
Как это возможно? Алюминий эффективней меди?
Теплопроводность:
Алюминий 180-200 Вт/м*К
Медь обычная 300-320 Вт/м*К
Плотность:
Рал=2700 кг/м3
Рмед=8940 кг/м3, где Р-плотность
Удельная теплоёмкость:
Алюминий – 880 Дж / кг*К
Медь – 385 Дж / кг*К
видим, что:
· плотность меди выше, чем у алюминия примерно в 3,31 раза
· теплопроводность меди выше, чем у алюминия примерно в 1,66-1,75 раза
· теплоёмкость медного радиатора меньше, чем у алюминиевого примерно в 2,28 раза, при равной массе.
Таким образом, если радиаторы одинаковые по размерам и форме, то выполненный из меди будет в 3,31 раза тяжелее, его теплоемкость будет примерно в 1.44 раз больше чем у алюминиевого. Следовательно, при одинаковой нагрузке медный радиатор нагреется в 1.44 раза меньше. При большей разнице температур между процессорным ядром и радиатором теплообмен проходит эффективнее, следовательно, медный радиатор лучше.
Но на практике, я заменил медный радиатор на алюминиевый и выиграл. Почему?
В данном случае я заменил небольшой, но тяжелый радиатор от Thermaltake Volcano 10, с частыми тонкими ребрами, на вдвое больший радиатор от Titan D5TB/Cu35 с достаточно редкими и толстыми ребрами. Масса радиаторов примерно равна, поэтому теплоемкость алюминиевого радиатора будет больше. Следовательно, нагреваться он будет дольше. Кроме того, сопротивление воздушному потоку меньше из-за большей ширины каналов. Следовательно, через алюминиевый радиатор проходит большее количество воздуха, и он (воздух) забирает больше тепла. Тепловой баланс устанавливается на низшей отметке температуры, так как, во-первых, за единицу времени больше тепла отдается в атмосферу вследствие большего количества проходящего воздуха, а площадь теплообмена у обоих радиаторов примерно равна. А во-вторых, сам радиатор нагревается медленнее вследствие большей теплоемкости, поэтому для достижения равной с медным радиатором температуры алюминиевому требуется больше времени, что усугубляет первое положение. Кроме того, возможно в радиаторе от Thermaltake Volcano 10 образовывались не продуваемые зоны, в которых застаивался теплый воздух.
Основное преимущество меди, большая теплопроводность, в данном случае существенного влияния не оказывает, ввиду слабого воздушного потока вследствие чего и алюминиевый и медный радиаторы успевают равномерно распределить тепло по поверхности своих ребер и, следовательно, единица площади ребер обоих радиаторов отдает воздуху примерно равное количество тепла.
Все, что здесь написано, отражает мою личную точку зрения и не более. Я не старался придерживаться классической терминологии и возможно применил неверные определения, за что прошу строго меня не судить.
Конструктивная критика принимается здесь.
разъясняем по пунктам. Теплопроводность материалов таблица, СНиП
Содержание
- 1 Немного о теплопроводности
- 2 Что такое теплопроводность и для чего нужна
- 3 Перенос тепла на молекулярном уровне
- 4 Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
- 5 Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
- 6 Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
- 7 От чего зависит показатель теплопроводности
- 8 Когда учитывается
- 9 Теплопроводность материалов
- 10 Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов
- 11 Методы измерения
- 12 Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов
- 13 Коэффициенты теплопроводности сплавов
- 14 Коэффициенты теплопередачи сталей
- 15 Факторы, влияющие на физическую величину
- 15. 1 Температура материала
- 15.2 Фазовые переходы и структура
- 15.3 Электрическая проводимость
- 15.4 Процесс конвекции
- 16 Удельное сопротивление и температурный коэффициент расширения (КТР) металлической проволоки (при 18ºС)
- 17 Удельная теплоемкость цветных сплавов
- 18 Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов
- 19 Сводные таблицы теплоемкостей
- 20 Теплопроводность строительных материалов
- 20.1 Что такое теплопроводность
- 20.2 Коэффициент теплопроводности
- 20.3 Сопротивление теплопередаче
- 21 Необходимость расчетов
- 21.1 Оценка эффективности термоизоляции
- 21.2 Тепловые потери
- 22 Методы изучения параметров теплопроводности
- 23 Применение
Немного о теплопроводности
Под теплопроводностью в физике понимают перемещение энергии в объекте от более нагретых мельчайших частиц к менее нагретым. Благодаря этому процессу выравнивается температура рассматриваемого предмета в целом. Величина способности проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Данный параметр равен количеству тепла, которое пропускает через себя материал толщиной 1 метр через площадь поверхности 1 м2 в течение одной секунды при единичной разнице температур.
МатериалКоэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)
Серебро | 428 |
Медь | 394 |
Алюминий | 220 |
Железо | 74 |
Сталь | 45 |
Свинец | 35 |
Кирпич | 0,77 |
Медь обладает коэффициентом теплопроводности 394 Вт/(м*К) при температуре от 20 до 100 °С. Соперничать с ней может только серебро. А у стали и железа этот показатель ниже в 9 и 6 раз соответственно (см. таблицу). Стоит отметить, что теплопроводность изделий, изготовленных из меди, в значительной мере зависит от примесей (впрочем, это касается и других металлов). Например, скорость проводимости тепла снижается, если в медь попадают такие вещества, как:
- железо;
- мышьяк;
- кислород;
- селен;
- алюминий;
- сурьма;
- фосфор;
- сера.
Медная проволока
Если добавить к меди цинк, то получится латунь, у которой коэффициент теплопроводности намного ниже. В то же время добавление других веществ в медь позволяет существенно снизить стоимость готовых изделий и придать им такие характеристики, как прочность и износостойкость. К примеру, для латуни характерны более высокие технологические, механические и антифрикционные свойства.
Поскольку для высокой теплопроводности характерно быстрым распространение энергии нагрева по всему предмету, медь получила широкое применение в системах теплообмена. На данный момент из нее изготавливают радиаторы и трубки для холодильников, вакуумных установок и автомашин для быстрого отвода тепла. Также медные элементы применяют в отопительных установках, но уже для обогрева.
Медный радиатор отопления
Чтобы поддерживать теплопроводность металла на высоком уровне (а значит, делать работу устройств из меди максимально эффективной), во всех системах теплообмена используют принудительный обдув вентиляторами. Такое решение вызвано тем, что при повышении температуры среды теплопроводность любого материала существенно понижается, ведь теплоотдача замедляется.
Это интересно: Сталь марки 30 — характеристика заготовок согласно ГОСТ
Что такое теплопроводность и для чего нужна
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.
Перенос тепла на молекулярном уровне
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.
Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?
Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.
Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:
- плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
- стоимость – ниже в 3,5 раза.
Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).
В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.
Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).
Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.
Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.
Таблица 2
Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.
Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.
Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.
Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности
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.
Таблица 1
Металл | Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С | ||||
— 100 | 100 | 300 | 700 | ||
Алюминий | 2,45 | 2,38 | 2,30 | 2,26 | 0,9 |
Бериллий | 4,1 | 2,3 | 1,7 | 1,25 | 0,9 |
Ванадий | — | — | 0,31 | 0,34 | — |
Висмут | 0,11 | 0,08 | 0,07 | 0,11 | 0,15 |
Вольфрам | 2,05 | 1,90 | 1,65 | 1,45 | 1,2 |
Гафний | — | — | 0,22 | 0,21 | — |
Железо | 0,94 | 0,76 | 0,69 | 0,55 | 0,34 |
Золото | 3,3 | 3,1 | 3,1 | — | — |
Индий | — | 0,25 | — | — | — |
Иридий | 1,51 | 1,48 | 1,43 | — | — |
Кадмий | 0,96 | 0,92 | 0,90 | 0,95 | 0,44 (400°) |
Калий | — | 0,99 | — | 0,42 | 0,34 |
Кальций | — | 0,98 | — | — | — |
Кобальт | — | 0,69 | — | — | — |
Литий | — | 0,71 | 0,73 | — | — |
Магний | 1,6 | 1,5 | 1,5 | 1,45 | — |
Медь | 4,05 | 3,85 | 3,82 | 3,76 | 3,50 |
Молибден | 1,4 | 1,43 | — | — | 1,04 (1000°) |
Натрий | 1,35 | 1,35 | 0,85 | 0,76 | 0,60 |
Никель | 0,97 | 0,91 | 0,83 | 0,64 | 0,66 |
Ниобий | 0,49 | 0,49 | 0,51 | 0,56 | — |
Олово | 0,74 | 0,64 | 0,60 | 0,33 | — |
Палладий | 0,69 | 0,67 | 0,74 | — | — |
Платина | 0,68 | 0,69 | 0,72 | 0,76 | 0,84 |
Рений | — | 0,71 | — | — | — |
Родий | 1,54 | 1,52 | 1,47 | — | — |
Ртуть | 0,33 | 0,09 | 0. 1 | 0,115 | — |
Свинец | 0,37 | 0,35 | 0,335 | 0,315 | 0,19 |
Серебро | 4,22 | 4,18 | 4,17 | 3,62 | — |
Сурьма | 0,23 | 0,18 | 0,17 | 0,17 | 0,21 |
Таллий | 0,41 | 0,43 | 0,49 | 0,25 (400 0) | |
Тантал | 0,54 | 0,54 | — | — | — |
Титан | — | — | 0,16 | 0,15 | — |
Торий | — | 0,41 | 0,39 | 0,40 | 0,45 |
Уран | — | 0,24 | 0,26 | 0,31 | 0,40 |
Хром | — | 0,86 | 0,85 | 0,80 | 0,63 |
Цинк | 1,14 | 1,13 | 1,09 | 1,00 | 0,56 |
Цирконий | — | 0,21 | 0,20 | 0,19 | — |
От чего зависит показатель теплопроводности
Рассматривая теплопроводность металлов и сплавов (таблица создана не только для металлов, но и других материалов), следует учитывать, что наиболее важным показателем является коэффициент теплопроводности. Он зависит от нижеприведенных моментов:
Типа материала и его химического состава. Теплопроводность железа будет существенно отличаться от соответствующего показателя алюминия, что связано с особенностями кристаллической решетки материалов и их другими свойствами.- Коэффициент может изменяться при нагреве или охлаждения металла. При этом изменения могут быть существенными, так как у каждого материала есть своя точка плавления, когда молекулы начинают перестраиваться.
В таблицах для некоторых металлов и сплавов коэффициент теплопроводности указывается уже в жидкой фазе.
Сегодня на практике практически не проводят измерение рассматриваемого показателя. Это связано с тем, что коэффициент теплопроводности при несущественном изменении химического состава остается практически неизменным. Табличные данные применяются при проектировании и выполнении других расчетов.
Когда учитывается
При рассмотрении различных свойств материалов часто уделяется внимание и теплопроводности. Этот показатель важен в нижеприведенных случаях:
Когда нужно отвести тепло от объекта. Тепловая энергия может возникать из-за трения. При этом нагрев становится причиной изменения основных свойств металлов и сплавов: прочности и твердости поверхности. Примером назовем конструкцию двигателя внутреннего сгорания. В процессе хода поршня в блоке цилиндров происходит нагрев основных элементов конструкции. Из-за слишком высокого нагрева даже металлы, устойчивые к воздействию высокой температуры, начинают терять прочность и становятся более пластичными. В результате происходит изменение геометрических размеров важных элементов конструкции, и она выходит из строя. Учитывается теплопроводность и при создании режущего инструмента, обшивки самолетов или высокоскоростных поездов.- Когда нужно передать тепловую энергию. Центральная система отопления основана на нагреве рабочей среды, которая после подводится к потребителю и происходит передача энергии окружающей среде. Для того чтобы повысить эффективность создаваемой системы трубы, и отопительные радиаторы изготавливаются из металлов, которые способны быстро передавать тепло.
- Когда нужно изолировать поверхность. Встречается ситуация, когда нужно снизить вероятность нагрева поверхности. Для этого применяются специальные материалы, которые обладают высокими изоляционными качествами. Некоторые металлы и сплавы также обладают отражающими свойствами и не нагреваются, а также не передают тепло. Примером назовем фольгу, которая часто применяется в качестве отражающего экрана. Она также изготавливается из тонкого слоя металла, обладающего низким коэффициентом проводимости.
В заключение отметим, что до развития молекулярно-кинетической теории было принято считать передачу тепловой энергии признаком перетекания гипотетического теплорода. Появление современного оборудования позволило изучить строение материалов и изучить поведение частиц при воздействии высокой температуры. Передача энергии происходит за счет быстрого движения молекул, которые начинают сталкиваться, и приводит в движение другие молекулы, находящиеся в спокойном состоянии.
Теплопроводность материалов
Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.
Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.
Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.
В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):
- сталь 47—58;
- алюминий 237;
- медь 372,1—385,2;
- бронза 116—186;
- цинк 106—140;
- титан 21,9;
- олово 64,0;
- свинец 35,0;
- железо 80,2;
- латунь 81—116;
- золото 308,2;
- серебро 406,1—418,7.
В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:
- стекловолокно 0,03—0,07;
- стекло 0,6—1,0;
- асбест 0,04;
- дерево 0,13;
- парафин 0,21;
- кирпич 0,80;
- алмаз 2300.
Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.
В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.
Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов
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.
Методы измерения
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.
Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов
Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град).
Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.
Коэффициенты теплопроводности сплавов
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.
Коэффициенты теплопередачи сталей
Способность передавать тепло для сталей зависит от двух главных факторов: состава и температуры.
Простые углеродные стали при увеличении содержания углерода снижают свой удельный вес, в соответствии с которым также уменьшается и их способность переносить тепло от 54 до 36 Вт/(м*К) при изменении процента углерода в стали от 0,5 до 1,5%.
Нержавеющие стали содержат в своем составе хром (10% и больше), которые вместе с углеродом образует сложные карбиды, препятствующие окислению материала, а также повышает электродный потенциал металла. Теплопроводность нержавейки невелика в сравнении с другими сталями и колеблется от 15 до 30 Вт/(м*К) в зависимости от ее состава. Жаропрочные хромоникелевые стали обладают еще более низкими значениями этого коэффициента (11—19 Вт/(м*К).
Другим классом являются оцинкованные стали с удельным весом 7 850 кг/м3, которые получают путем нанесения покрытий на сталь, состоящих из железа и цинка. Так как цинк легче проводит тепло, чем железо, то и теплопроводность оцинкованной стали будет относительно высокой в сравнении с другими классами стали. Она колеблется от 47 до 58 Вт/(м*К).
Теплопроводность стали при различных температурах, как правило, не изменяется сильно. Например, коэффициент теплопроводности стали 20 при увеличении температуры от комнатной до 1200 °C снижается от 86 до 30 Вт/(м*К), а для марки стали 08Х13 увеличение температуры от 100 до 900 °C не изменяет ее коэффициент теплопроводности (27—28 Вт/(м*К).
Факторы, влияющие на физическую величину
Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.
Температура материала
Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.
С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.
Фазовые переходы и структура
Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).
Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.
Электрическая проводимость
Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно 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 корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).
Процесс конвекции
Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.
Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.
Удельное сопротивление и температурный коэффициент расширения (КТР) металлической проволоки (при 18ºС)
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 теплоемкость цветных сплавов
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.
Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов
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.
Сводные таблицы теплоемкостей
Теплоемкость веществВещество 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 |
Теплоемкость материалов
Название материала | Название материала | C, ккал/кг*С |
ABS | АБС, сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола | 0,34 |
POM | Полиоксиметилен | 0,35 |
PMMA | Полиметилметакрилат | 0,35 |
Ionomer | Иономеры | 0,55 |
PA6/6. 6/6.10 | Полиамид 6/6.6/6.10 | 0,4 |
PA 11 | Полиамид 11 | 0,58 |
PA 12 | Полиамид 12 | 0,28 |
PC | Поликарбонат | 0,28 |
PU | Полиуретан | 0,45 |
PBT | Полибутилентерефталат | 0,3–0,5 |
PE | Полиэтилен | 0,55 |
PET | Полиэтилентерефталат | 0,3–0,5 |
PPO | Полифениленоксид | 0,4 |
PI | Карбоксиметилцеллюлоза, полианионовая целлюлоза | 0,27 |
PP | Полипропилен | 0,46 |
PS (GP) | Полистирол | 0,28 |
PSU | Полисульфон | 0,31 |
PCV | Полихлорвинил | 0,2 |
SAN (AS) | Смолы, сополимеры на основе стирола и акрилонитрита | 0,32 |
Теплопроводность строительных материалов
Проектированием энергоэффективных домов должны заниматься специалисты, но в реальной жизни все может быть иначе. Случается так, что владельцы домов по ряду причин вынуждены самостоятельно подбирать материалы для строительства. Им также потребуется рассчитать теплотехнические параметры, на основании которых будут проводиться термоизоляция и утепление. Поэтому нужно иметь хотя бы минимальные представления о строительной теплотехнике и ее основных понятиях, таких как коэффициент теплопроводности, в каких единицах измеряется и как просчитывается. Знание этих «азов» поможет правильно утеплить свой дом и экономно его отапливать.
Что такое теплопроводность
Теплопроводность кирпичной стены: без утеплителя; с утеплителем снаружи; с утеплителем внутри дома;
Если говорить простыми словами, то теплопроводность – это передача тепла от более горячего тела к менее горячему. Если не углубляться в подробности, то все физические материалы и вещества могут передавать тепловую энергию.
Ежедневно, даже на самом примитивном бытовом уровне мы сталкиваемся с теплопроводностью, которая проявляется у каждого материала по-разному и в очень отличающейся степени. Для примера, если мешать кипящую воду металлической ложкой – можно очень скоро получить ожег, так как ложка нагреется почти моментально. Если же использовать деревянную лопатку, то нагреваться она будет очень медленно. Этот пример наглядно показывает разницу теплопроводности у металла и дерева – у металла она в разы выше.
Коэффициент теплопроводности
Для оценки теплопроводности любого материала используется коэффициент теплопроводности (λ), который измеряется в Вт/(м×℃) или Вт/(м×К). Этот коэффициент обозначает количество тепла, которое может провести любой материал, не зависимо от своего размера, за единицу времени на определённое расстояние. Если мы видим, что какой-то материал имеет большое значение коэффициента, то он очень хорошо проводит тепло и его можно использовать в роли обогревателей, радиаторов, конвекторов. К примеру, металлические радиаторы отопления в помещениях работают очень эффективно, отлично передавая нагрев от теплоносителя внутренним воздушным массам в помещении.
Если же говорить о материалах, используемых при строительстве стен, перегородок, крыши, то высокая теплопроводность – явление нежелательное. При высоком коэффициенте здание теряет слишком много тепла, для сохранения которого внутри помещения нужно будет сооружать довольно толстые конструкции. А это влечет за собой дополнительные финансовые затраты.
Коэффициент теплопроводности зависит от температуры. По этой причине в справочной литературе указывается несколько значений коэффициента, которые изменяются при увеличении температур. На проводимость тепла влияют и условия эксплуатации. В первую очередь речь идет о влажности, так как при увеличении процента влаги коэффициент теплопроводности также возрастает. Поэтому проводя такого рода расчеты нужно знать реальные климатические условия, в которых здание будет построено.
Сопротивление теплопередаче
Коэффициент теплопроводности – важная характеристика любого материала. Но эта величина не совсем точно описывает теплопроводные способности конструкции, так как не учитывает особенности ее строения. Поэтому более целесообразно просчитывать сопротивление теплопередачи, которое по своей сути является обратной величиной коэффициента теплопроводности. Но в отличие от последнего при расчете учитывается толщина материала и другие важные особенности конструкции.
При строительстве, как правило, используются многослойные конструкции. Одним из таких слоев является утеплительный материал, который максимально повышает значение термического сопротивления. Каждый слой такой конструкции имеет свое сопротивление и его нужно рассчитывать исходя из коэффициента теплопроводности и толщины материала. Суммировав сопротивления всех слоев, мы получим общее сопротивление всей конструкции.
Важно отметить, что воздушные прослойки, которые находятся в конструкции перегородки и не сообщаются с внешним воздухом, значительно увеличивают общее сопротивление теплопередаче.
Современные тенденции строительства предусматривают использования в качестве утеплителя синтетических материалов, которые обладают отличными характеристиками, удобны и просты в монтаже.
Читайте также: Как обогреть дом с помощью электричества экономно
Коэффициенты теплопроводности плотности и теплоемкости рассчитаны почти для всех строительных материалов. Ниже приведена таблица с информацией о коэффициентах для всех материалов, которые могут использоваться при строительстве зданий. Даже просто взглянув на эти данные, становится понятно, насколько разная проводимость тепла у строительных материалов и насколько сильно могут отличаться значения коэффициентов. Для упрощения выбора материала покупателем, производители указывают значение коэффициента теплопроводности в паспорте на свой товар.
class=»wp-block-separator is-style-wide»>
Материал | Плотность, кг/м3 | Теплопроводность, Вт/(м·град) | Теплоемкость, Дж/(кг·град) |
ABS (АБС пластик) | 1030…1060 | 0. 13…0.22 | 1300…2300 |
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках | 1000…1800 | 0.29…0.7 | 840 |
Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—72 | 1100…1200 | 0.21 | — |
Альфоль | 20…40 | 0.118…0.135 | — |
Алюминий (ГОСТ 22233-83) | 2600 | 221 | 840 |
Асбест волокнистый | 470 | 0.16 | 1050 |
Асбестоцемент | 1500…1900 | 1.76 | 1500 |
Асбестоцементный лист | 1600 | 0.4 | 1500 |
Асбозурит | 400…650 | 0.14…0.19 | — |
Асбослюда | 450…620 | 0.13…0.15 | — |
Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78) | 1500…1700 | — | 1670 |
Асботермит | 500 | 0.116…0.14 | — |
Асбошифер с высоким содержанием асбеста | 1800 | 0. 17…0.35 | — |
Асбошифер с 10-50% асбеста | 1800 | 0.64…0.52 | — |
Асбоцемент войлочный | 144 | 0.078 | — |
Асфальт | 1100…2110 | 0.7 | 1700…2100 |
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) | 2100 | 1.05 | 1680 |
Асфальт в полах | — | 0.8 | — |
Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM | 1400 | 0.22 | — |
Аэрогель (Aspen aerogels) | 110…200 | 0.014…0.021 | 700 |
Базальт | 2600…3000 | 3.5 | 850 |
Бакелит | 1250 | 0.23 | — |
Бальза | 110…140 | 0.043…0.052 | — |
Береза | 510…770 | 0.15 | 1250 |
Бетон легкий с природной пемзой | 500…1200 | 0. 15…0.44 | — |
Бетон на гравии или щебне из природного камня | 2400 | 1.51 | 840 |
Бетон на вулканическом шлаке | 800…1600 | 0.2…0.52 | 840 |
Бетон на доменных гранулированных шлаках | 1200…1800 | 0.35…0.58 | 840 |
Бетон на зольном гравии | 1000…1400 | 0.24…0.47 | 840 |
Бетон на каменном щебне | 2200…2500 | 0.9…1.5 | — |
Бетон на котельном шлаке | 1400 | 0.56 | 880 |
Бетон на песке | 1800…2500 | 0.7 | 710 |
Бетон на топливных шлаках | 1000…1800 | 0.3…0.7 | 840 |
Бетон силикатный плотный | 1800 | 0.81 | 880 |
Бетон сплошной | — | 1.75 | — |
Бетон термоизоляционный | 500 | 0.18 | — |
Битумоперлит | 300…400 | 0. 09…0.12 | 1130 |
Битумы нефтяные строительные и кровельные (ГОСТ 6617-76, ГОСТ 9548-74) | 1000…1400 | 0.17…0.27 | 1680 |
Блок газобетонный | 400…800 | 0.15…0.3 | — |
Блок керамический поризованный | — | 0.2 | — |
Бронза | 7500…9300 | 22…105 | 400 |
Бумага | 700…1150 | 0.14 | 1090…1500 |
Бут | 1800…2000 | 0.73…0.98 | — |
Вата минеральная легкая | 50 | 0.045 | 920 |
Вата минеральная тяжелая | 100…150 | 0.055 | 920 |
Вата стеклянная | 155…200 | 0.03 | 800 |
Вата хлопковая | 30…100 | 0.042…0.049 | — |
Вата хлопчатобумажная | 50…80 | 0.042 | 1700 |
Вата шлаковая | 200 | 0. 05 | 750 |
Вермикулит (в виде насыпных гранул) ГОСТ 12865-67 | 100…200 | 0.064…0.076 | 840 |
Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) — засыпка | 100…200 | 0.064…0.074 | 840 |
Вермикулитобетон | 300…800 | 0.08…0.21 | 840 |
Войлок шерстяной | 150…330 | 0.045…0.052 | 1700 |
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат(пеноблок) | 300…1000 | 0.08…0.21 | 840 |
Газо- и пенозолобетон | 800…1200 | 0.17…0.29 | 840 |
Гетинакс | 1350 | 0.23 | 1400 |
Гипс формованный сухой | 1100…1800 | 0.43 | 1050 |
Гипсокартон | 500…900 | 0.12…0.2 | 950 |
Гипсоперлитовый раствор | — | 0.14 | — |
Гипсошлак | 1000…1300 | 0. 26…0.36 | — |
Глина | 1600…2900 | 0.7…0.9 | 750 |
Глина огнеупорная | 1800 | 1.04 | 800 |
Глиногипс | 800…1800 | 0.25…0.65 | — |
Глинозем | 3100…3900 | 2.33 | 700…840 |
Гнейс (облицовка) | 2800 | 3.5 | 880 |
Гравий (наполнитель) | 1850 | 0.4…0.93 | 850 |
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка | 200…800 | 0.1…0.18 | 840 |
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка | 400…800 | 0.11…0.16 | 840 |
Гранит (облицовка) | 2600…3000 | 3.5 | 880 |
Грунт 10% воды | — | 1.75 | — |
Грунт 20% воды | 1700 | 2.1 | — |
Грунт песчаный | — | 1.16 | 900 |
Грунт сухой | 1500 | 0. 4 | 850 |
Грунт утрамбованный | — | 1.05 | — |
Гудрон | 950…1030 | 0.3 | — |
Доломит плотный сухой | 2800 | 1.7 | — |
Дуб вдоль волокон (дерево) | 700 | 0.23 | 2300 |
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83) | 700 | 0.1 | 2300 |
Дюралюминий | 2700…2800 | 120…170 | 920 |
Железо | 7870 | 70…80 | 450 |
Железобетон | 2500 | 1.7 | 840 |
Железобетон набивной | 2400 | 1.55 | 840 |
Зола древесная | 780 | 0.15 | 750 |
Золото | 19320 | 318 | 129 |
Известняк (облицовка) | 1400…2000 | 0.5…0.93 | 850…920 |
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем (ГОСТ 16136-80) | 300…400 | 0. 067…0.11 | 1680 |
Изделия вулканитовые | 350…400 | 0.12 | — |
Изделия диатомитовые | 500…600 | 0.17…0.2 | — |
Изделия ньювелитовые | 160…370 | 0.11 | — |
Изделия пенобетонные | 400…500 | 0.19…0.22 | — |
Изделия перлитофосфогелевые | 200…300 | 0.064…0.076 | — |
Изделия совелитовые | 230…450 | 0.12…0.14 | — |
Иней | — | 0.47 | — |
Ипорка (вспененная смола) | 15 | 0.038 | — |
Каменноугольная пыль | 730 | 0.12 | — |
Камни многопустотные из легкого бетона | 500…1200 | 0.29…0.6 | — |
Камни полнотелые из легкого бетона DIN 18152 | 500…2000 | 0.32…0.99 | — |
Камни полнотелые из природного туфа или вспученной глины | 500…2000 | 0. 29…0.99 | — |
Камень строительный | 2200 | 1.4 | 920 |
Карболит черный | 1100 | 0.23 | 1900 |
Картон асбестовый изолирующий | 720…900 | 0.11…0.21 | — |
Картон гофрированный | 700 | 0.06…0.07 | 1150 |
Картон облицовочный | 1000 | 0.18 | 2300 |
Картон парафинированный | — | 0.075 | — |
Картон плотный | 600…900 | 0.1…0.23 | 1200 |
Картон пробковый | 145 | 0.042 | — |
Картон строительный многослойный (ГОСТ 4408-75) | 650 | 0.13 | 2390 |
Картон термоизоляционный (ГОСТ 20376-74) | 500 | 0.04…0.06 | — |
Каучук вспененный | 82 | 0.033 | — |
Каучук вулканизированный твердый серый | — | 0. 23 | — |
Каучук вулканизированный мягкий серый | 920 | 0.184 | — |
Каучук натуральный | 910 | 0.18 | 1400 |
Каучук твердый | — | 0.16 | — |
Каучук фторированный | 180 | 0.055…0.06 | — |
Кедр красный | 500…570 | 0.095 | — |
Кембрик лакированный | — | 0.16 | — |
Керамзит | 800…1000 | 0.16…0.2 | 750 |
Керамзитовый горох | 900…1500 | 0.17…0.32 | 750 |
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией | 800…1200 | 0.23…0.41 | 840 |
Керамзитобетон легкий | 500…1200 | 0.18…0.46 | — |
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон | 500…1800 | 0.14…0.66 | 840 |
Керамзитобетон на перлитовом песке | 800…1000 | 0. 22…0.28 | 840 |
Керамика | 1700…2300 | 1.5 | — |
Керамика теплая | — | 0.12 | — |
Кирпич доменный (огнеупорный) | 1000…2000 | 0.5…0.8 | — |
Кирпич диатомовый | 500 | 0.8 | — |
Кирпич изоляционный | — | 0.14 | — |
Кирпич карборундовый | 1000…1300 | 11…18 | 700 |
Кирпич красный плотный | 1700…2100 | 0.67 | 840…880 |
Кирпич красный пористый | 1500 | 0.44 | — |
Кирпич клинкерный | 1800…2000 | 0.8…1.6 | — |
Кирпич кремнеземный | — | 0.15 | — |
Кирпич облицовочный | 1800 | 0.93 | 880 |
Кирпич пустотелый | — | 0.44 | — |
Кирпич силикатный | 1000…2200 | 0. 5…1.3 | 750…840 |
Кирпич силикатный с тех. пустотами | — | 0.7 | — |
Кирпич силикатный щелевой | — | 0.4 | — |
Кирпич сплошной | — | 0.67 | — |
Кирпич строительный | 800…1500 | 0.23…0.3 | 800 |
Кирпич трепельный | 700…1300 | 0.27 | 710 |
Кирпич шлаковый | 1100…1400 | 0.58 | — |
Кладка бутовая из камней средней плотности | 2000 | 1.35 | 880 |
Кладка газосиликатная | 630…820 | 0.26…0.34 | 880 |
Кладка из газосиликатных теплоизоляционных плит | 540 | 0.24 | 880 |
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе | 1600 | 0.47 | 880 |
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе | 1800 | 0. 56 | 880 |
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-шлаковом растворе | 1700 | 0.52 | 880 |
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе | 1000…1400 | 0.35…0.47 | 880 |
Кладка из малоразмерного кирпича | 1730 | 0.8 | 880 |
Кладка из пустотелых стеновых блоков | 1220…1460 | 0.5…0.65 | 880 |
Кладка из силикатного 11-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе | 1500 | 0.64 | 880 |
Кладка из силикатного 14-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе | 1400 | 0.52 | 880 |
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе | 1800 | 0.7 | 880 |
Кладка из трепельного кирпича (ГОСТ 648-73) на цементно-песчаном растворе | 1000…1200 | 0. 29…0.35 | 880 |
Кладка из ячеистого кирпича | 1300 | 0.5 | 880 |
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе | 1500 | 0.52 | 880 |
Кладка «Поротон» | 800 | 0.31 | 900 |
Клен (дерево) | 620…750 | 0.19 | — |
Кожа | 800…1000 | 0.14…0.16 | — |
Композиты технические | — | 0.3…2 | — |
Краска масляная (эмаль) | 1030…2045 | 0.18…0.4 | 650…2000 |
Кремний | 2000…2330 | 148 | 714 |
Кремнийорганический полимер КМ-9 | 1160 | 0.2 | 1150 |
Латунь | 8100…8850 | 70…120 | 400 |
Лед -60°С | 924 | 2.91 | 1700 |
Лед -20°С | 920 | 2. 44 | 1950 |
Лед 0°С | 917 | 2.21 | 2150 |
Линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632-79) | 1600…1800 | 0.33…0.38 | 1470 |
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове (ГОСТ 7251-77) | 1400…1800 | 0.23…0.35 | 1470 |
Липа, (15% влажности) | 320…650 | 0.15 | — |
Лиственница (дерево) | 670 | 0.13 | — |
Листы асбестоцементные плоские (ГОСТ 18124-75) | 1600…1800 | 0.23…0.35 | 840 |
Листы вермикулитовые | — | 0.1 | — |
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 6266 | 800 | 0.15 | 840 |
Листы пробковые легкие | 220 | 0.035 | — |
Листы пробковые тяжелые | 260 | 0.05 | — |
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб | 220…300 | 0. 073…0.084 | — |
Мастика асфальтовая | 2000 | 0.7 | — |
Маты, холсты базальтовые | 25…80 | 0.03…0.04 | — |
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные (ТУ 21-23-72-75) | 150 | 0.061 | 840 |
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) и на синтетическом связующем | 50…125 | 0.048…0.056 | 840 |
(ГОСТ 9573-82) | |||
МБОР-5, МБОР-5Ф, МБОР-С-5, МБОР-С2-5, МБОР-Б-5 (ТУ 5769-003-48588528-00) | 100…150 | 0.038 | — |
Мел | 1800…2800 | 0.8…2.2 | 800…880 |
Медь (ГОСТ 859-78) | 8500 | 407 | 420 |
Миканит | 2000…2200 | 0.21…0.41 | 250 |
Мипора | 16…20 | 0.041 | 1420 |
Морозин | 100…400 | 0. 048…0.084 | — |
Мрамор (облицовка) | 2800 | 2.9 | 880 |
Накипь котельная (богатая известью, при 100°С) | 1000…2500 | 0.15…2.3 | — |
Накипь котельная (богатая силикатом, при 100°С) | 300…1200 | 0.08…0.23 | — |
Настил палубный | 630 | 0.21 | 1100 |
Найлон | — | 0.53 | — |
Нейлон | 1300 | 0.17…0.24 | 1600 |
Неопрен | — | 0.21 | 1700 |
Опилки древесные | 200…400 | 0.07…0.093 | — |
Пакля | 150 | 0.05 | 2300 |
Панели стеновые из гипса DIN 1863 | 600…900 | 0.29…0.41 | — |
Парафин | 870…920 | 0.27 | — |
Паркет дубовый | 1800 | 0. 42 | 1100 |
Паркет штучный | 1150 | 0.23 | 880 |
Паркет щитовой | 700 | 0.17 | 880 |
Пемза | 400…700 | 0.11…0.16 | — |
Пемзобетон | 800…1600 | 0.19…0.52 | 840 |
Пенобетон | 300…1250 | 0.12…0.35 | 840 |
Пеногипс | 300…600 | 0.1…0.15 | — |
Пенозолобетон | 800…1200 | 0.17…0.29 | — |
Пенопласт ПС-1 | 100 | 0.037 | — |
Пенопласт ПС-4 | 70 | 0.04 | — |
Пенопласт ПХВ-1 (ТУ 6-05-1179-75) и ПВ-1 (ТУ 6-05-1158-78) | 65…125 | 0.031…0.052 | 1260 |
Пенопласт резопен ФРП-1 | 65…110 | 0.041…0.043 | — |
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70) | 40 | 0.038 | 1340 |
Пенополистирол (ТУ 6-05-11-78-78) | 100…150 | 0. 041…0.05 | 1340 |
Пенополистирол «Пеноплекс» | 35…43 | 0.028…0.03 | 1600 |
Пенополиуретан (ТУ В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75) | 40…80 | 0.029…0.041 | 1470 |
Пенополиуретановые листы | 150 | 0.035…0.04 | — |
Пенополиэтилен | — | 0.035…0.05 | — |
Пенополиуретановые панели (PIR) ПИР | — | 0.025 | — |
Пеносиликальцит | 400…1200 | 0.122…0.32 | — |
Пеностекло легкое | 100..200 | 0.045…0.07 | — |
Пеностекло или газо-стекло (ТУ 21-БССР-86-73) | 200…400 | 0.07…0.11 | 840 |
Пенофол | 44…74 | 0.037…0.039 | — |
Пергамент | — | 0.071 | — |
Пергамин (ГОСТ 2697-83) | 600 | 0.17 | 1680 |
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки | 1100…1300 | 0. 7 | 850 |
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой | 1550 | 1.2 | 860 |
Перекрытие монолитное плоское железобетонное | 2400 | 1.55 | 840 |
Перлит | 200 | 0.05 | — |
Перлит вспученный | 100 | 0.06 | — |
Перлитобетон | 600…1200 | 0.12…0.29 | 840 |
Перлитопласт-бетон (ТУ 480-1-145-74) | 100…200 | 0.035…0.041 | 1050 |
Перлитофосфогелевые изделия (ГОСТ 21500-76) | 200…300 | 0.064…0.076 | 1050 |
Песок 0% влажности | 1500 | 0.33 | 800 |
Песок 10% влажности | — | 0.97 | — |
Песок 20% влажности | — | 1.33 | — |
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77) | 1600 | 0.35 | 840 |
Песок речной мелкий | 1500 | 0. 3…0.35 | 700…840 |
Песок речной мелкий (влажный) | 1650 | 1.13 | 2090 |
Песчаник обожженный | 1900…2700 | 1.5 | — |
Пихта | 450…550 | 0.1…0.26 | 2700 |
Плита бумажная прессованая | 600 | 0.07 | — |
Плита пробковая | 80…500 | 0.043…0.055 | 1850 |
Плитка облицовочная, кафельная | 2000 | 1.05 | — |
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 | — | 0.04 | — |
Плиты алебастровые | — | 0.47 | 750 |
Плиты из гипса ГОСТ 6428 | 1000…1200 | 0.23…0.35 | 840 |
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77) | 200…1000 | 0.06…0.15 | 2300 |
Плиты из керзмзито-бетона | 400…600 | 0.23 | — |
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99 | 200…300 | 0. 082 | — |
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75) | 40…100 | 0.038…0.047 | 1680 |
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78) | 50 | 0.056 | 840 |
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76 | 350…400 | 0.093…0.104 | — |
Плиты камышитовые | 200…300 | 0.06…0.07 | 2300 |
Плиты кремнезистые | 0.07 | — | |
Плиты льнокостричные изоляционные | 250 | 0.054 | 2300 |
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80 | 150…200 | 0.058 | — |
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-96 | 225 | 0.054 | — |
Плиты минераловатные на синтетической связке фирмы «Партек» (Финляндия) | 170…230 | 0. 042…0.044 | — |
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-95 | 200 | 0.052 | 840 |
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем | 200 | 0.064 | 840 |
(ТУ 21-РСФСР-3-72-76) | |||
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем | 125…200 | 0.056…0.07 | 840 |
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих | — | 0.048…0.091 | — |
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом | 50…350 | 0.048…0.091 | 840 |
и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66) | |||
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-87 | 80…100 | 0.045 | — |
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые | 30…35 | 0. 038 | — |
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00 | 32 | 0.029 | — |
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-80 | 300 | 0.087 | — |
Плиты перлито-волокнистые | 150 | 0.05 | — |
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-76 | 250 | 0.076 | — |
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-74 | 150 | 0.044 | — |
Плиты перлитоцементные | — | 0.08 | — |
Плиты строительный из пористого бетона | 500…800 | 0.22…0.29 | — |
Плиты термобитумные теплоизоляционные | 200…300 | 0.065…0.075 | — |
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74) | 200…300 | 0.052…0.064 | 2300 |
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе | 300…800 | 0. 07…0.16 | 2300 |
Покрытие ковровое | 630 | 0.2 | 1100 |
Покрытие синтетическое (ПВХ) | 1500 | 0.23 | — |
Пол гипсовый бесшовный | 750 | 0.22 | 800 |
Поливинилхлорид (ПВХ) | 1400…1600 | 0.15…0.2 | — |
Поликарбонат (дифлон) | 1200 | 0.16 | 1100 |
Полипропилен (ГОСТ 26996 – 86) | 900…910 | 0.16…0.22 | 1930 |
Полистирол УПП1, ППС | 1025 | 0.09…0.14 | 900 |
Полистиролбетон (ГОСТ 51263) | 200…600 | 0.065…0.145 | 1060 |
Полистиролбетон модифицированный на | 200…500 | 0.057…0.113 | 1060 |
активированном пластифицированном шлакопортландцементе | |||
Полистиролбетон модифицированный на | 200…500 | 0.052…0.105 | 1060 |
композиционном малоклинкерном вяжущем в стеновых блоках и плитах | |||
Полистиролбетон модифицированный монолитный на портландцементе | 250…300 | 0. 075…0.085 | 1060 |
Полистиролбетон модифицированный на | 200…500 | 0.062…0.121 | 1060 |
шлакопортландцементе в стеновых блоках и плитах | |||
Полиуретан | 1200 | 0.32 | — |
Полихлорвинил | 1290…1650 | 0.15 | 1130…1200 |
Полиэтилен высокой плотности | 955 | 0.35…0.48 | 1900…2300 |
Полиэтилен низкой плотности | 920 | 0.25…0.34 | 1700 |
Поролон | 34 | 0.04 | — |
Портландцемент (раствор) | — | 0.47 | — |
Прессшпан | — | 0.26…0.22 | — |
Пробка гранулированная | 45 | 0.038 | 1800 |
Пробка минеральная на битумной основе | 270…350 | 0.28 | — |
Пробка техническая | 50 | 0. 037 | 1800 |
Ракушечник | 1000…1800 | 0.27…0.63 | — |
Раствор гипсовый затирочный | 1200 | 0.5 | 900 |
Раствор гипсоперлитовый | 600 | 0.14 | 840 |
Раствор гипсоперлитовый поризованный | 400…500 | 0.09…0.12 | 840 |
Раствор известковый | 1650 | 0.85 | 920 |
Раствор известково-песчаный | 1400…1600 | 0.78 | 840 |
Раствор легкий LM21, LM36 | 700…1000 | 0.21…0.36 | — |
Раствор сложный (песок, известь, цемент) | 1700 | 0.52 | 840 |
Раствор цементный, цементная стяжка | 2000 | 1.4 | — |
Раствор цементно-песчаный | 1800…2000 | 0.6…1.2 | 840 |
Раствор цементно-перлитовый | 800…1000 | 0. 16…0.21 | 840 |
Раствор цементно-шлаковый | 1200…1400 | 0.35…0.41 | 840 |
Резина мягкая | — | 0.13…0.16 | 1380 |
Резина твердая обыкновенная | 900…1200 | 0.16…0.23 | 1350…1400 |
Резина пористая | 160…580 | 0.05…0.17 | 2050 |
Рубероид (ГОСТ 10923-82) | 600 | 0.17 | 1680 |
Руда железная | — | 2.9 | — |
Сажа ламповая | 170 | 0.07…0.12 | — |
Сера ромбическая | 2085 | 0.28 | 762 |
Серебро | 10500 | 429 | 235 |
Сланец глинистый вспученный | 400 | 0.16 | — |
Сланец | 2600…3300 | 0.7…4.8 | — |
Слюда вспученная | 100 | 0.07 | — |
Слюда поперек слоев | 2600…3200 | 0. 46…0.58 | 880 |
Слюда вдоль слоев | 2700…3200 | 3.4 | 880 |
Смола эпоксидная | 1260…1390 | 0.13…0.2 | 1100 |
Снег свежевыпавший | 120…200 | 0.1…0.15 | 2090 |
Снег лежалый при 0°С | 400…560 | 0.5 | 2100 |
Сосна и ель вдоль волокон (дерево) | 500 | 0.18 | 2300 |
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72) | 500 | 0.09 | 2300 |
Сосна смолистая 15% влажности (дерево) | 600…750 | 0.15…0.23 | 2700 |
Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81) | 7850 | 58 | 482 |
Стекло оконное (ГОСТ 111-78) | 2500 | 0.76 | 840 |
Стекловата | 155…200 | 0.03 | 800 |
Стекловолокно | 1700…2000 | 0.04 | 840 |
Стеклопластик | 1800 | 0. 23 | 800 |
Стеклотекстолит | 1600…1900 | 0.3…0.37 | — |
Стружка деревянная прессованая | 800 | 0.12…0.15 | 1080 |
Стяжка ангидритовая | 2100 | 1.2 | — |
Стяжка из литого асфальта | 2300 | 0.9 | — |
Текстолит | 1300…1400 | 0.23…0.34 | 1470…1510 |
Термозит | 300…500 | 0.085…0.13 | — |
Тефлон | 2120 | 0.26 | — |
Ткань льняная | — | 0.088 | — |
Толь (ГОСТ 10999-76) | 600 | 0.17 | 1680 |
Тополь (дерево) | 350…500 | 0.17 | — |
Торфоплиты | 275…350 | 0.1…0.12 | 2100 |
Туф (облицовка) | 1000…2000 | 0.21…0.76 | 750…880 |
Туфобетон | 1200…1800 | 0. 29…0.64 | 840 |
Уголь древесный кусковой (при 80°С) | 190 | 0.074 | — |
Уголь каменный газовый | 1420 | 3.6 | — |
Уголь каменный обыкновенный | 1200…1350 | 0.24…0.27 | — |
Фарфор | 2300…2500 | 0.25…1.6 | 750…950 |
Фанера клееная (ГОСТ 3916-69) | 600 | 0.12…0.18 | 2300…2500 |
Фибра красная | 1290 | 0.46 | — |
Фибролит (серый) | 1100 | 0.22 | 1670 |
Целлофан | — | 0.1 | — |
Целлулоид | 1400 | 0.21 | — |
Цементные плиты | — | 1.92 | — |
Черепица бетонная | 2100 | 1.1 | — |
Черепица глиняная | 1900 | 0.85 | — |
Черепица из ПВХ асбеста | 2000 | 0. 85 | — |
Чугун |
Шевелин | 140…190 | 0.056…0.07 | — |
Шелк | 100 | 0.038…0.05 | — |
Шлак гранулированный | 500 | 0.15 | 750 |
Шлак доменный гранулированный | 600…800 | 0.13…0.17 | — |
Шлак котельный | 1000 | 0.29 | 700…750 |
Шлакобетон | 1120…1500 | 0.6…0.7 | 800 |
Шлакопемзобетон (термозитобетон) | 1000…1800 | 0.23…0.52 | 840 |
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон | 800…1600 | 0.17…0.47 | 840 |
Штукатурка гипсовая | 800 | 0.3 | 840 |
Штукатурка известковая | 1600 | 0.7 | 950 |
Штукатурка из синтетической смолы | 1100 | 0.7 | — |
Штукатурка известковая с каменной пылью | 1700 | 0. 87 | 920 |
Штукатурка из полистирольного раствора | 300 | 0.1 | 1200 |
Штукатурка перлитовая | 350…800 | 0.13…0.9 | 1130 |
Штукатурка сухая | — | 0.21 | — |
Штукатурка утепляющая | 500 | 0.2 | — |
Штукатурка фасадная с полимерными добавками | 1800 | 1 | 880 |
Штукатурка цементная | — | 0.9 | — |
Штукатурка цементно-песчаная | 1800 | 1.2 | — |
Шунгизитобетон | 1000…1400 | 0.27…0.49 | 840 |
Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832-83) — засыпка | 200…600 | 0.064…0.11 | 840 |
Щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578-76), шлаковой пемзы (ГОСТ 9760-75) | 400…800 | 0.12…0.18 | 840 |
и аглопорита (ГОСТ 11991-83) — засыпка | |||
Эбонит | 1200 | 0. 16…0.17 | 1430 |
Эбонит вспученный | 640 | 0.032 | — |
Эковата | 35…60 | 0.032…0.041 | 2300 |
Энсонит (прессованный картон) | 400…500 | 0.1…0.11 | — |
Эмаль (кремнийорганическая) | — | 0.16…0.27 | — |
Таблица теплопроводности теплоемкости и плотности материалов
Необходимость расчетов
Для чего же необходимо проводить эти вычисления, есть ли от них хоть какая-то польза на практике? Разберемся подробнее.
Оценка эффективности термоизоляции
В разных климатических регионах России разный температурный режим, поэтому для каждого из них рассчитаны свои нормативные показатели сопротивления теплопередаче. Проводятся эти расчеты для всех элементов строения, контактирующих с внешней средой. Если сопротивление конструкции находится в пределах нормы, то за утепление можно не беспокоиться.
В случае, если термоизоляция конструкции не предусмотрена, то нужно сделать правильный выбор утеплительного материала с подходящими теплотехническими характеристиками.
Тепловые потери
Тепловые потери дома
Не менее важная задача – прогнозирование тепловых потерь, без которого невозможно правильно спланировать систему отопления и создать идеальную термоизоляцию. Такие вычисления могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, количества необходимых радиаторов и правильной их расстановки.
Для определения тепловых потерь через любую конструкцию нужно знать сопротивление, которое вычисляется с помощью разницы температур и количества теряемого тепла, уходящего с одного квадратного метра ограждающей конструкции. И так, если мы знаем площадь конструкции и ее термическое сопротивление, а также знаем для каких климатических условий производится расчет, то можем точно определить тепловые потери. Есть хороший калькулятор расчета теплопотерь дома ( он может даже посчитать сколько будет уходить денег на отопление, примерно конечно).
Такие расчеты в здании проводятся для всех ограждающих конструкций, взаимодействующих с холодными потоками воздуха, а затем суммируются для определения общей потери тепла. На основании полученной величины проектируется система отопления, которая должна полностью компенсировать эти потери. Если же потери тепла получаются слишком большими, они влекут за собой дополнительные финансовые затраты, а это не всем «по карману». При таком раскладе нужно задуматься об улучшении системы термоизоляции.
Отдельно нужно поговорить про окна, для них сопротивление теплопередаче определяются нормативными документами. Самостоятельно проводить расчеты не нужно. Существуют уже готовые таблицы, в которых внесены значения сопротивления для всех типов конструкций окон и балконных дверей.
Тепловые потери окон рассчитываются исходя из площади, а также разницы температур по разные стороны конструкции.
Расчеты, приведенные выше, подходят для новичков, которые делают первые шаги в проектировании энергоэффективных домов. Если же за дело берется профессионал, то его расчеты более сложные, так как дополнительно учитывается множество поправочных коэффициентов – на инсоляцию, светопоглощение, отражение солнечного света, неоднородность конструкций и другие.
Методы изучения параметров теплопроводности
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.
Применение
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:
- кухонная посуда с различными свойствами;
- оборудование для пайки труб;
- утюги;
- подшипники качения и скольжения;
- сантехническое оборудование для подогрева воды;
- приборы отопления.
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.
Источники
- https://tpspribor.ru/vidy-metalla/teploprovodnost-medi-dve-storony-odnoy-medali.html
- https://obrabotkametalla.info/stal/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali
- https://tpspribor. ru/vidy-metalla/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali-splavov.html
- http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/teploprovodnost-metallov-teploemkost-i-plotnost-splavov
- http://cp-h.ru/spravochnaya-informatsiya-o-holodiljnoy-tehnike/udeljnaya-teploemkostj.html
- https://svoydom.info/%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B2-%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B0/
- https://instanko.ru/drugoe/teploprovodnost-metallov.html
- https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html
[свернуть]
Теплопроводность сплавов меди. Температура плавления латуни и бронзы
Теплопроводность латуни и бронзы
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).
Сплав | Температура, К | Теплопроводность, Вт/(м·град) |
---|---|---|
Медно-никелевые сплавы | ||
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 |
Латунь | ||
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 |
Бронза | ||
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 |
Примечание: Температура в таблице дана в градусах Кельвина!
Температура плавления латуни
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.
Латунь | t, °С | Латунь | t, °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
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.
Бронза | t, °С | Бронза | t, °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.
Источники:
- Физические величины. Справочник. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
- Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967 — 474 с.
Тепловые свойства меди
Характерной особенностью меди является ее высокая теплопроводность, в 6 раз большая, чем у железа, и более высокая, чем у железа, механическая стойкость при низких температурах.
Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м*К) – выше только у серебра. Стальной прокат уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса алюминия, железа, кислорода, мышьяка, сурьмы, серы, селеа, фосфора.
Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена, особенно труб, листовой меди и медной проволоки. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.
Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.
Тепловое расширение меди (при 20 — 100 град. C) — 0,0168 мм / м / ºC.
Чистая медь и ее сплавы не являются жаростойкими материалами, однако, в некоторых случаях они применяются при повышенных температурах, когда от конструкции требуется повышенная электропроводность или теплопроводность. Используется медь с низким содержанием кислорода (<<0,04 %). Когда требуется прочность изделия, то вводится мышьяк (0,4 %). Добавки Сё (1,0 %), Сг (0,3 %) и Ag (0,1 %) также улучшают механические свойства меди при повышенных температурах, причем электропроводность при этом остается практически без изменения.
У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.
Медь, помимо широкого применения в технике по причине ее высокой электропроводности, используется в химическом машиностроении в качестве конструкционного материала для изготовления разнообразной химической аппаратуры и, в особенности, теплообменной аппаратуры (выпарные аппараты, теплообменники, конденсаторы, испарители, змеевики). Объясняется это высокой теплопроводностью меди и ее сплавов, их благоприятными физико-механическими свойствами при достаточно высокой.
Существует несколько марок меди, теплопроводность которых при низких температурах может быть весьма различной в зависимости от количества и характера примесей.
Температура плавления меди 1083,85 C (1357.77 ± 0.20·K).
Принятые значения термодинамических величин для меди и ее соединений в кристаллической и жидкой фазах.
Вещество |
Состояние |
H°(298.15K)-H°(0) |
S°(298.15K) |
Cp°(298.15K) |
Коэффициенты в уравнении для Cp°(T)а |
Интервал температур |
Ttr или Tm |
DtrHили DmH |
|||
кДж×моль‑1 |
Дж×K‑1×моль‑1 |
a |
b×103 |
c×10‑5 |
K |
кДж×моль‑1 |
|||||
Cu |
к, куб. |
5.004 |
33.15 |
24.44 |
22.287 |
12.923 |
0.587б |
298.15-1357.77 |
1357.77 |
13.14 |
|
ж |
— |
— |
— |
32.8 |
— |
— |
1357.77-4500 |
— |
— |
||
CuO |
к,монокл. |
7.11 |
42.74 |
42.30 |
48. 589 |
7.201 |
7.499 |
298.15-1500 |
1500 |
49 |
|
ж |
— |
— |
— |
67 |
— |
— |
1500-4000 |
— |
— |
||
Cu2O |
к, куб. |
12.6 |
92.55 |
62.60 |
64.553 |
17.578 |
6.395 |
298.15-1517 |
1517 |
65. 6 |
|
ж |
— |
— |
— |
100 |
— |
— |
1517-4000 |
— |
— |
||
Cu(OH)2 |
к, ромб. |
12.45 |
80.50 |
78,0 |
95.784 |
11.521 |
18.862 |
298.15-322 |
322 |
0.456 |
|
к, ромб. |
— |
— |
— |
95. 784 |
11.521 |
18.862 |
322-1000 |
— |
— |
||
CuF |
к, куб. |
9.5 |
65 |
52.0 |
55.024 |
9.137 |
5.110 |
298.15-1300 |
— |
— |
|
к, куб. |
— |
— |
— |
66.6 |
— |
— |
1300-2000 |
— |
— |
||
CuF2 |
кII,монокл. |
12.15 |
77.8 |
65.815 |
73.100 |
21.277 |
12.115 |
298.15-1065 |
1065 |
3 |
|
кI, куб. |
— |
— |
— |
90 |
— |
— |
1065-1109 |
1109 |
55 |
||
ж |
— |
— |
— |
100 |
— |
— |
1109-3000 |
— |
— |
||
CuCl |
кII, куб. |
11.4 |
87.74 |
52.55 |
38.206 |
38.315 |
-2.596 |
298.15-685 |
685 |
6.5 |
|
кI, гекс. |
— |
— |
— |
79 |
— |
— |
685-696 |
696 |
7.08 |
||
ж |
— |
— |
— |
29.319 |
14. 818 |
-116.637 |
696-1200 |
— |
— |
||
ж |
— |
— |
— |
49.200 |
5.000 |
— |
1200-3000 |
— |
— |
||
CuCl2 |
кII,монокл. |
14.983 |
108.07 |
71.88 |
78.888 |
5.732 |
7.749 |
298.15-675 |
675 |
0. 7 |
|
кI, куб. |
— |
— |
— |
82.4 |
— |
— |
675-871 |
871 |
15 |
||
ж |
— |
— |
— |
100 |
— |
— |
871-2000 |
— |
— |
||
CuBr |
кIII, куб. |
12.104 |
96.1 |
54. 90 |
-324.417 |
2241.940 |
-38.227б |
298.15-657 |
657 |
4.6 |
|
кII, гекс. |
— |
— |
— |
93.175 |
-27.924 |
— |
657-741 |
741 |
2.15 |
||
кI, куб. |
— |
— |
— |
83 |
— |
— |
741-759 |
759 |
5. 1 |
||
ж |
— |
— |
— |
38.365 |
7.807 |
-115.447 |
759-1200 |
— |
— |
||
ж |
— |
— |
— |
49.750 |
5.000 |
— |
1200-2000 |
— |
— |
||
CuBr2 |
к,монокл. |
15.5 |
135 |
75. 0 |
81.117 |
4.547 |
6.643 |
298.15-2000 |
— |
— |
|
CuI |
кIII, куб. |
12.1 |
96.1 |
54.0 |
381.138 |
-1139.67 |
77.215б |
298.15-643 |
643 |
3.1 |
|
кII, гекс. |
— |
— |
— |
-85.852 |
339.060 |
— |
643-679 |
679 |
2. 7 |
||
кI, куб. |
— |
— |
— |
116.854 |
-62.123 |
— |
679-868 |
868 |
7.93 |
||
ж |
— |
— |
— |
55.205 |
-2.435 |
-105.925 |
868-1400 |
— |
— |
||
ж |
— |
— |
— |
50. 20 |
5.0 |
— |
1400-2000 |
— |
— |
||
CuI2 |
к |
16 |
153 |
76 |
70.053 |
19.947 |
— |
298.15-1000 |
— |
— |
|
CuS |
к, гекс. |
9.44 |
67.27 |
47.31 |
43.675 |
20.127 |
2.103 |
298. 15-2000 |
— |
— |
|
Cu2S |
кIII,монокл. |
15.8 |
116.22 |
76.86 |
17.070 |
163.596 |
-9.791 |
298.15-376 |
376 |
3.79 |
|
кII, гекс. |
— |
— |
— |
-1831.18 |
7221.15 |
-537.89б |
376-710 |
710 |
1.19 |
||
кI, куб. |
— |
— |
— |
53.634 |
20.768 |
-81.748 |
710-1400 |
1400 |
12.8 |
||
ж |
— |
— |
— |
90 |
— |
— |
1400-3000 |
— |
— |
||
CuSO4 |
к, ромб. |
16.86 |
109.2 |
98.87 |
89. 674 |
106.341 |
17.016б |
298.15-1100 |
— |
— |
|
ж |
— |
— |
— |
159.4 |
— |
— |
1100-2000 |
— |
— |
||
aCp°(T)=a + bT — cT-2 + dT2 + eT3 (вДж×K‑1×моль‑1) Cu: бd=-13.927×10-6, e=7.476. 10-9 CuBr: б d=-4815. 530×10-6, e=3620.190. 10-9 CuI: б d=1119.510.10-6 Cu2S: б d=-10044.20×10-6, e=4895.09.10-9 CuSO4: б d=-37.887.10-6 |
+7(495)988-30-04
Дополнительные мобильные телефоны —
+7(915)332-61-30 +7(916)328-86-67
МЕДЬ
- МЕДНЫЙ ПРОКАТ
- СВОЙСТВА МЕДИ
- ГОСТы на МЕДЬ
- Контакты и реквизиты
- РАСЧЁТ ВЕСА МЕТАЛЛА
МЕТАЛЛОПРОКАТ
- ЛАТУНЬ
- МЕДЬ
- БРОНЗА
- АЛЮМИНИЙ
- ТИТАН
- ОЛОВО
- НИКЕЛЬ
- ЦИНК
- РАСЧЁТ ВЕСА МЕТАЛЛА
Медь или алюминий: что лучше всего подходит для проводки?
Наверх
26. 05.2020
Автор: CHIP
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Медь или алюминий: что лучше всего подходит для проводки?
5
5
1
7
2
Сейчас подавляющее большинство электриков используют медную проводку вместо алюминиевой. Но почему? Чем медь лучше алюминия? Ответ в нашей статье.
В СССР вся проводка была алюминиевой, а в современных новостройках таких уже и не встретишь. Но чем медь лучше алюминия? Какую проводку лучше использовать для дома: медную или алюминиевую? Рассказываем, почему материал проводов так быстро и безспворотно изменился.
Превосходство меди над алюминием для проводки
1. Электропроводность
Медь превосходит алюминий по электропроводности. Удельное электрическое сопротивление меди составляет 0,017 Ом*мм2/м в то время, как у алюминия 0,028 Ом*мм2/м. То есть электропроводность алюминия составляет 65% электропроводности меди, поэтому для одной и той же нагрузки алюминиевый провод придется брать сечением на «ступень» выше меди.
Например, необходимо запитать нагрузку в 5 кВт. Для нее нужно будет взять или медный провод сечением 2,5 мм2, например, NYM 3х2,5, или алюминиевый сечением 4 мм2. Так как алюминиевый провод более объемный, то он будет занимать больше места в кабель-каналах, для него потребуется клеммы для розеточных групп крупнее по размеру, чем для медных. Учитывая это, медь удобнее использовать для проводки в доме.
2. Окисление
И медь, и алюминий окисляются в процессе эксплуатации под действием воздуха. Однако у меди окисление происходит значительно медленней, и сама по себе пленка (зеленоватый налет) довольно легко разрушается, поэтому неплохо проводит ток (хотя проходимость немного ухудшается).
У алюминия же окисление происходит гораздо быстрее, а сама оксидная пленка очень плотная и плохо проводит ток. Окисленные соединения на скрутках, сжимах или клеммах чаще всего становятся причиной горения контакта. Удалить оксидную пленку можно кварцево-вазелиновой смазкой, но найти ее в магазинах не так-то просто, да и это дополнительные расходы и время на обслуживание.
3. Механическая прочность
Медный провод более гибкий и прочный, чем алюминиевый. В процессе монтажа жилы приходится изгибать, например, для соединения в распредкоробках и розетках. Медные жилы могут выдержать многоразовое изгибание без повреждения, а вот алюминиевые лишь 5 — 10 изгибаний, а дальше ломаются.
Особые проблемы алюминиевая проводка создает, когда нужно ремонтировать соединения в распредкоробках — старый алюминий уже имеет микротрещины, поэтому при одном неверном движении жила может обломаться и придется снимать часть штукатурки, чтобы вытащить хоть немного провода.
4. Теплопроводность
Данный параметр характеризует способность проводника рассеивать тепло. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем лучше металл рассеивает тепло. У меди коэффициент теплопроводности составляет 389,6 Вт/м* °С, а у алюминия 209,3 Вт/м* °С. То есть медь почти в два раза лучше рассеивает тепло, чем алюминий. Особенно это важно в местах соединений, где провод греется сильнее всего. При одной и той же нагрузке медь в два раза быстрее будет отводить тепло (точнее не нагреваться).
Превосходство алюминия над медью для ЛЭП
Но алюминий вовсе не отправлен на пенсию: воздушные линии электропередач по-прежнему выполняют из этого металла. Стало быть, и у него есть преимущества? Конечно!
1. Вес
Вес во многом определяется исходя из плотности металла. Чем выше плотность, тем тяжелее проводник. Плотность меди составляет 8900 кг/м3, а алюминия 2700 кг/м3. То есть при равном объеме медный провод будет весить в 3,3 раза больше алюминиевого. Для домашней проводки это не критично, так как провод лежит в штробах, а для воздушной линии электропередач это важный показатель. Именно поэтому для ВЛЭП используют алюминиевый провод.
2. Цена
Здесь алюминий явный победитель. Все минусы алюминия сказались на относительно невысокой цене, которая примерно в 4 раза ниже цены на медь, поэтому воздушные линии, а также вводы в дом выполняют исключительно алюминиевым проводом.
Интересные факты из мира электрики:
- Чем «земля» отличается от «нуля»? Разбираемся в сложностях электрики.
- Почему в США напряжение в сетях 110 В, а в России 220 В?
Теги электропроводка
Автор
Антон Гладышев
Была ли статья интересна?
Поделиться ссылкой
Нажимая на кнопку «Подписаться»,
Вы даете согласие на обработку персональных данных
Рекомендуем
Реклама на CHIP Контакты
Сравнение теплопроводности меди, алюминия и латуни — Сборник экспериментов
Номер эксперимента: 1769
Цель эксперимента
Целью этого эксперимента является использование термочувствительных пленок для визуализации различной динамики теплопроводности в трех различных металлы.
Теория
См. теорию в уже описанном эксперименте: Теплопроводность пластика и металла I., Теория.
Инструменты
Термочувствительная пленка с температурным диапазоном от 25°С до 30°С, три разные металлические пластины одинакового размера, емкость для горячей воды, чайник.
В пробном эксперименте используются медные, алюминиевые и латунные пластины одинаковых размеров; толщина пластин 0,3 мм. (Аналогичные металлические пластины можно приобрести в магазине дизайнерских инструментов). Таблица с теплопроводностями (при 25°C) используемых металлов приведена ниже:
металл λ / Вт·м −1 ·K −1 медь 386 алюминий 237 латунь 120 Термочувствительную пленку можно найти в Интернете под названием двусторонняя температурная этикетка . На рисунке 1 показан инструмент, изготовленный специально для этого эксперимента для изучения различной теплопроводности металла — три разные металлические пластины частично покрыты термочувствительной пленкой, что свидетельствует о повышении температуры.
Процедура
Закрепите медный, алюминиевый и латунный лист параллельно друг другу (см., например, рис. 1) с помощью лабораторного стенда так, чтобы концы листов находились на несколько сантиметров выше стола (рис. 2). ). Подставьте под эти концы емкость и налейте в нее горячую воду так, чтобы она покрыла концы листов.
Наблюдайте, как термочувствительные пленки меняют цвет. Температура, представленная цветом, зависит от типа пленки. Пленка, использованная в этом эксперименте, имеет черный цвет при температуре ниже 25 °C. При повышении температуры в интервале от 25°С до 30°С пленка постепенно меняет свой цвет с коричневого, зеленого и синего на темно-синий и, наконец, после превышения 30°С цвет снова меняется на черный.
Целью такого изменения цвета этих пленок является не попытка точного измерения температуры в конкретной точке, а скорее указание и демонстрация распределения температуры поверхности.
Пример результата
Успешно проведенный эксперимент показан на видео ниже. Видео ускорено в 8 раз.
Очевидно, что медный лист нагревается быстрее всего, за ним следуют алюминий и латунь.
Технические примечания
Не наливать в емкость кипяток, использовать воду температурой 60 °C. При более высоких температурах образуется большое количество горячего пара, который течет вверх, что влияет на измерение с помощью термочувствительных пленок и делает его ненадежным.
Указанный выше эффект можно устранить, загнув нижние концы листов под прямым углом. Таким образом, более длинная часть измеряемых металлов может оставаться в горизонтальном положении.
Если вы проводите этот эксперимент летом, рекомендуется убедиться, что температура в классе ниже минимальной температуры, измеренной пленкой (здесь 25 °C). Если температура в классе выше, пленка меняет цвет на соответствующую температуру, делая результат менее заметным.
Нет необходимости использовать горячую воду для нагрева простыней. Однако всегда нужно следить за тем, чтобы простыни прогревались равномерно.
Педагогические заметки
Описание развития этого эксперимента приводит учащихся к выводу, что «медь нагревается быстрее, чем алюминий» и т. д. Более подготовленные ученики могут догадаться, что мы уже обсуждали «готовность ” вещества на изменение температуры в разрезе удельной теплоемкости c вещества . Эта мысль верна и ее следует принять во внимание – готовность материи изменять свою температуру зависит как от удельной теплоемкости, так и от теплопроводности материи.
Аргумент о том, что быстрый нагрев медного листа вызван его низкой теплоемкостью, можно легко опровергнуть с помощью приведенной ниже таблицы:
металл λ / Вт·м −1 ·K −1 с / Дж·кг −1 ·K −1 медь 386 383 алюминий 237 896 латунь 120 384 Следовательно, если бы решающим фактором была удельная теплоемкость металла, то поведение меди и латуни было бы почти одинаковым (они имеют близкие значения c ), но это явно противоречит эксперименту.
Если в классе есть действительно одаренные физики, то они могут возразить, что этот аргумент не совсем удовлетворительный — листы имеют разную плотность, а значит, и масса, влияющая на величину теплоты, необходимой для нагрева, тоже разная. К счастью, плотности меди и латуни достаточно близки, так что различное поведение этих двух веществ нельзя объяснить иначе, как на основании разной теплопроводности.
Эффект разной теплопроводности можно продемонстрировать не только при нагреве металлов, но и при их охлаждении. Дайте всем трем металлам прогреться, например, на радиаторе, пока термочувствительные пленки не станут темно-синими. Затем погрузите концы металлических листов в смесь воды и льда. Медь остывает быстрее всех, за ней следуют алюминий и латунь.
При интерпретации продолжения эксперимента следует быть осторожным, чтобы не сложилось впечатление, что щиты «высасывают» холод изо льда — всегда нужно интерпретировать понижение температуры как отвод тепла.
Вариант проведения эксперимента
Чтобы продемонстрировать разницу в теплопроводности трех металлов, можно поступить иначе. Положите листы меди, алюминия и латуни на стол и в середину каждого листа поместите кубик льда. Посмотрите, как быстро тают отдельные кубики (видео ускорено в 32 раза):
Очевидно, что быстрее всего лед тает на медном листе, а медленнее всего — на латунном. Медь обладает высокой теплопроводностью и поэтому способна постоянно отдавать тепло от периферийных частей листа к месту, охлаждаемому кубиком льда. Эта способность значительно хуже у латунного листа.
Преимуществом этого эксперимента является возможность обойтись без термочувствительных пленок. Недостатком является то, что это требует больше времени (примерно 15 минут).
Выбор материалов для конструкции теплообменника: алюминий или медь – материалы и инженерные ресурсы
От рекуперации тепла до воздушных змеевиков и охлаждения до электростанций, выбор правильного материала для теплообменников, особенно в отношении тепловых качеств, устойчивость к провисанию при пайке и коррозионная стойкость — ключевое значение.
Знаете ли вы, что лучший пример теплообмена в мире природы так же очевиден, как нос на вашем лице? Ну, технически это нос на вашем лице, который согревает вдыхаемый воздух и охлаждает выдыхаемый. Но конструкция теплообменника зависит не только от интуитивного понимания биологии.
Требуется тщательное рассмотрение рабочей среды , применения и, что особенно важно, свойств используемых материалов.
К счастью, выбор материалов становится проще, когда вы оцениваете окружающую среду и область применения. Если теплообменник будет работать на открытом воздухе или на перерабатывающем предприятии с коррозионно-активными средами, тогда потребуется с высокой коррозионной стойкостью .
Как работает кожухотрубный теплообменник?
Аналогичным образом, инженеры-проектировщики должны учитывать, какая жидкость будет проходить через теплообменник, и соответственно выбирать материалы.
Например, может быть критически важным, чтобы вещество оставалось чистым при прохождении через стандартный кожухотрубный теплообменник в фармацевтическом производстве. В такой среде трубки должны быть сделаны из инертного материала, возможно, даже нетрадиционного, неметаллического, например, из стекла.
Обычно для теплообменников чаще всего выбирают два материала: алюминий и медь . Оба металла обладают оптимальными термическими свойствами и коррозионной стойкостью, что делает их идеальным выбором, причем большинство различий зависит от области применения.
Медь для теплообменниковТипичная теплопроводность обычной чистой меди составляет 386,00 Вт/(м·K) при 20°C. Это делает медь наиболее теплопроводным из распространенных металлов, что наряду с относительно низкой удельной теплоемкостью — примерно 0,385 Дж/(г·°C) — обуславливает ее популярность в теплообменниках. , Большинство инженеров-конструкторов и проектировщиков продуктов считают это одним из важнейших факторов, решающих выбор между медью и алюминием для небольших проектов. 0009
Однако при использовании меди необходимо учитывать несколько практических соображений. Плотность материала , например, может означать, что он не подходит для определенных применений, требующих легкого теплообменника.
Медные трубы для теплообменников.
Кроме того, медь имеет меньшую гибкость, чем алюминий , что затрудняет формирование определенных форм. Из-за этого инженеры-конструкторы, работающие над пластинчато-ребристым теплообменником, который представляет собой тип теплообменника, в котором используются пластины и ребристые камеры для передачи тепла между жидкостями, могут обнаружить, что алюминий лучше подходит для ребер.
Кроме того, важно, чтобы медные трубы соединялись с помощью пайки, а не пайки, так как последняя, как известно, создает накопление вещества в местах соединения. Это означает, что инженеры-конструкторы также должны использовать медь с хорошей устойчивостью к провисанию , чтобы уменьшить деформацию во время пайки.
Пластинчатый теплообменник SWEP (ППТО) является одним из наиболее эффективных способов передачи тепла от одной среды к другой.
Существуют также некоторые соображения относительно долговременной коррозии меди. По мере старения материала на нем может образовываться зеленовато-желтая патина — тонкий слой патины, образующийся в результате окисления с течением времени, что придает материалу зеленый оттенок.
Это та же самая химическая реакция, которая сделала статую свободы культовым зеленым цветом, которым она является сегодня. Этот процесс обычно занимает 15 или более лет, в зависимости от того, как хранится материал и его окружающая среда.
Конечно, нет никакой гарантии, что изменение внешнего цвета теплообменника будет воспринято так же хорошо, как и зеленая статуя свободы, поэтому дизайнеры продуктов могут выбрать альтернативу меди, чтобы придать другой эстетический вид. В любом случае патина является диэлектрической и может привести к снижению теплопроводности по мере ее накопления.
На самом деле, хотя коррозионная стойкость не является естественным свойством меди, Lebronze Alloys, ведущий французский производитель высокоэффективных материалов, работал над составами сплавов, которые придают меди хорошую стойкость к окислению даже при воздействии к морской воде.
Несмотря на эти факторы, теплопроводность меди, возможно, компенсирует затраты на техническое обслуживание за счет ее эффективной теплопередачи. В некоторых случаях высокая сравнительная теплопроводность меди означает, что медная трубка может проводить тепло так же эффективно, как две алюминиевые трубы.
Алюминий для теплообменниковДля инженеров-проектировщиков, которым требуется более легкий, термически эффективный материал или которые работают в условиях ограниченного бюджета, алюминий является лучшим кандидатом.
Имея теплопроводность 237 Вт/(м·К) для чистого алюминия или ~160 Вт/(м·К) для большинства сплавов, алюминий является третьим по теплопроводности материалом и, возможно, самым экономически эффективным. Алюминий также имеет удельную теплоемкость 0,44 Дж/(г·°C), что делает его почти таким же эффективным в рассеивании тепла, как и медь.
Алюминий намного легче и гибче , чем медь, что решает многие практические проблемы, с которыми инженеры могут столкнуться при использовании меди. Он гораздо более податлив, поэтому инженеры, разрабатывающие пластинчато-ребристый теплообменник для газовой печи, обнаружат, что он лучше подходит для тонкостей ребер.
Металлическая пластина в теплообменном аппарате и насосе на предприятии пищевой промышленности.
Однако алюминий обычно имеет более низкое сопротивление провисанию , чем медь, что делает его более склонным к деформации в процессе пайки и после повторяющихся циклов нагрева.
К счастью, этому можно противодействовать, выбрав алюминиевый сплав, который был специально разработан, чтобы приблизить свойства металла к свойствам меди без значительного увеличения цены.
Например, поставщик металла Gränges предлагает алюминиевый сплав FA6825 h24SR, который подходит для теплообменников в энергетике. Этот сплав обогащен такими элементами, как цинк и марганец, чтобы придать сплаву более высокую прочность на растяжение после пайки. Во время процесса металл образует крупные зерна, которые улучшают его характеристики провисания.
Характеристики алюминия и меди очень близки с точки зрения пригодности для теплообменников, при этом ключевым решающим фактором, в конечном счете, являются практические требования применения.
Хотя решение может быть не столь очевидным, как нос на вашем лице, инженеры-конструкторы могут упростить его, зная свойства своих материалов.
Знаете ли вы? На сайте Matmatch вы можете изучить сотни различных материалов, подходящих для использования в теплообменниках. Вы также можете найти материалы, подходящие специально для теплообменников в энергетике.
Теплопроводность алюминия, меди, железа и вольфрама при температуре от 1 К до температуры плавления (Технический отчет)
Теплопроводность алюминия, меди, железа и вольфрама при температуре от 1 К до точки плавления (Технический отчет) отчет) | ОСТИ. GOVперейти к основному содержанию
- Полная запись
- Другое связанное исследование
Данные по теплопроводности технически чистых образцов алюминия, меди, железа и вольфрама были собраны, закодированы, критически проанализированы и сопоставлены с аналитическими методами, основанными на теоретических и эмпирических уравнениях. Полученные функции представлены и использованы для построения таблиц и графиков зависимости теплопроводности от температуры и коэффициента остаточного удельного сопротивления (RRR). Прилагается аннотированная библиография ссылок. Обсуждаются изменения теплопроводности, вызванные химическими примесями, физическими дефектами, размерными эффектами и магнитными полями. Сглаженные значения представлены для температур от 1 К до температуры, близкой к температуре плавления, и для большого диапазона значений RRR.
- Авторов:
- Хуст, Дж. Г.; Ланкфорд, А.Б.
- Дата публикации:
- Исследовательская организация:
- Национальное бюро стандартов, Боулдер, Колорадо (США). Отдел химических инженерных наук.
- Идентификатор ОСТИ:
- 6225458
- Номер(а) отчета:
- ПБ-84-235878; НБСИР-84/3007
- Тип ресурса:
- Технический отчет
- Страна публикации:
- США
- Язык:
- Английский
- Тема:
- 36 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ; АЛЮМИНИЙ; ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ; МЕДЬ; УТЮГ; ВОЛЬФРАМ; КРИОГЕНИКА; СОСТАВ ДАННЫХ; ДЕФЕКТЫ; ПРИМЕСИ; МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ; РАЗМЕР; ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ; ДАННЫЕ; ЭЛЕМЕНТЫ; ИНФОРМАЦИЯ; МЕТАЛЛЫ; ЧИСЛЕННЫЕ ДАННЫЕ; ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; ПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ; 360104* – Металлы и сплавы – Физические свойства
Форматы цитирования
- MLA
- АПА
- Чикаго
- БибТекс
Hust, JG, and Lankford, AB. Теплопроводность алюминия, меди, железа и вольфрама при температурах от 1 K до точки плавления . США: Н. П., 1984.
Веб.
Копировать в буфер обмена
Hust, JG, & Lankford, AB. Теплопроводность алюминия, меди, железа и вольфрама при температурах от 1 K до точки плавления . Соединенные Штаты.
Копировать в буфер обмена
Хаст, Дж. Г., и Ланкфорд, А. Б., 1984.
«Теплопроводность алюминия, меди, железа и вольфрама при температурах от 1 К до точки плавления». Соединенные Штаты.
Копировать в буфер обмена
@статья{osti_6225458,
title = {Теплопроводность алюминия, меди, железа и вольфрама при температурах от 1 К до точки плавления},
автор = {Хаст, Дж. Г. и Ланкфорд, А. Б.},
abstractNote = {Данные по теплопроводности технически чистых образцов алюминия, меди, железа и вольфрама были собраны, закодированы, критически проанализированы и сопоставлены с аналитическими методами, основанными на теоретических и эмпирических уравнениях. Полученные функции представлены и использованы для построения таблиц и графиков зависимости теплопроводности от температуры и коэффициента остаточного удельного сопротивления (RRR). Прилагается аннотированная библиография ссылок. Обсуждаются изменения теплопроводности, вызванные химическими примесями, физическими дефектами, размерными эффектами и магнитными полями. Сглаженные значения представлены для температур от 1 К до температуры, близкой к температуре плавления, и для большого диапазона значений RRR.},
дои = {},
URL-адрес = {https://www.osti.gov/biblio/6225458},
журнал = {},
номер =,
объем = ,
место = {США},
год = {1984},
месяц = {6}
}
Копировать в буфер обмена
Дополнительную информацию о получении полнотекстового документа см. в разделе «Доступность документа». Постоянные посетители библиотек могут искать в WorldCat библиотеки, в которых может храниться этот предмет. Имейте в виду, что многие технические отчеты не каталогизированы в WorldCat.
Экспорт метаданных
Сохранить в мою библиотеку
Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.
Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:
- Аналогичные записи
Различия между алюминиевым и медным радиатором
Радиаторы — это материалы, созданные для эффективного регулирования температуры нагрева любого электронного или механического устройства. Они имеют основание, лежащее на поверхности чипа устройства, при этом имея расширенные «плавники». Они служат «теплообменником», передающим выделяющееся тепло теплоносителю или текучей среде. Радиаторы также часто встречаются в настройках компьютерного оборудования, что помогает охлаждать процессор, наборы микросхем, графические процессоры и оперативную память вашего компьютера.
Это также позволяет вашей системе максимизировать производительность без перегрева, что приводит к задержке и, как следствие, к фатальному повреждению. Это достигается за счет снижения его температуры с помощью достаточного количества воздуха. Наиболее часто используемыми материалами для радиаторов являются алюминиевые и медные сплавы.
Определение алюминиевых радиаторов
Алюминиевые радиаторы в основном используются из-за их высокой теплопроводности, которая составляет 235 Вт/м·К. Они используются для чистой теплопроводности, поэтому они являются одним из наиболее широко применяемых металлов на земле. Они обладают низкой плотностью для проведения машин, сохраняя при этом хорошую прочность при передаче тепла и производительность устройства. Хотя его коррозионная стойкость впечатляет, он не так эффективен, как медный материал. Они также отлично подходят для вторичной переработки.
Определение медных радиаторов
С другой стороны, медные радиаторы применимы, поскольку они обладают устойчивостью к коррозии и противомикробным препаратам благодаря их эффективной теплопроводности более 400 Вт/м·К. Хотя их нелегко обрабатывать, они все же дороги и дороги, в зависимости от их чистоты. Вот почему медные сплавы используются для промышленных линий, таких как электростанции, солнечные системы и плотины.
Как они работают
Когда ваш чип работает, он нагревается от интенсивного использования. Работа радиатора, размещенного на нем, помогает правильно распределять тепло, излучаемое через ребра, поддерживая правильную рабочую температуру чипа.
Когда ваш чипсет, графический процессор или оперативная память нагреваются, тепловому излучению и теплопроводности способствует поток жидкости, который отводит тепло, что приводит к охлаждению. Не новость, что перегрев разрушит всю работу электроники, и это подчеркивает необходимость хорошего теплоотвода.
Общее использование радиаторов
Чтобы обеспечить эффективное управление тепловым излучением в вашем устройстве, важно использовать радиаторы для максимизации функциональных возможностей и эксплуатации. Как я уже упоминал ранее, более низкая температура поможет вашей электронике обеспечить превосходную функциональность при одновременном увеличении ожидаемого срока службы. Производительность вашего радиатора зависит от нашей скорости, конструкции ребер, обработки поверхности и, в конечном счете, от выбора материала.
Типы изготовленияРадиаторы включают в себя множество разновидностей конструктивных конструкций для компьютерных и электрических материнских плат. В этих формах бывают как алюминиевые, так и медные радиаторы. Есть:
- Экструдированные радиаторы
- Приклеенные радиаторы
- Кованые радиаторы
- Штампованные радиаторы
- Радиаторы с ЧПУ
- Ребристые радиаторы с застежкой-молнией
Оребрение
В нашей электронике присутствует охлаждающая жидкость, и работа вашего радиатора заключается в рассеивании потока теплового излучения через нее. Это необходимо для того, чтобы ваши чипсеты работали с максимальной производительностью без перегрева или повреждения. Производительность ребра также можно измерить по его толщине и высоте. Когда тепло передается ребру, оно сочетается с тепловым сопротивлением, что приводит к уменьшению тепла и увеличению потока жидкости.
Форма и конструкция ребер радиатора всегда будут иметь значение, поскольку они являются основным каналом передачи тепла. Когда ребра радиатора плотно сконструированы, и между ними нет большого потока воздуха, производительность теплового излучения значительно снизится. Это приводит к страшному перегреву.
Различия между обоими типами радиаторов
Давайте рассмотрим некоторые различия между обоими материалами радиатора. А не ___ ли нам?
Тепловая динамика
Хотя медные радиаторы излучают тепло намного лучше, чем обработка алюминия, последний также эффективно справляется со своей задачей. Основное отличие, которое я могу отметить здесь, заключается в том, что алюминиевые радиаторы делают это в меньшем масштабе. Для компьютеров большинство графических карт AMD, естественно, перегреваются больше, чем другие, такие как INTEL и HMD, поэтому ваше тестирование зависит исключительно от типа чипсетов.
Теплопроводность
Я знаю, вам может быть интересно, что отличает эту точку от динамики тепла. Ну, я бы сказал, что теплопроводность — это только часть всей истории. Медные радиаторы довольно хорошо справляются с теплопроводностью, поскольку они могут помочь генерировать больше энергии за счет максимального использования потенциала чипсета. Это еще одна причина, по которой они используются для мощных чипсетов, потому что они используют их мощность. Динамика тепла – это этап, на котором распределяется выделяемое тепло.
Охлаждение
Охлаждение для меня — это вопрос восприятия. Оба радиатора хорошо охлаждаются, но один должен работать лучше, чем другой. Причина, по которой я буду использовать медную конструкцию, заключается в том, что, поскольку она проводит больше тепла, она обеспечивает лучшее распределение тепла, когда чипсет или процессор являются мощными. Совсем по-другому обстоят дела с более слабыми чипсетами.
Большинство владельцев маломощных компьютеров обратятся к алюминиевому чипсету, потому что он превосходно работает в этой среде. Медные поглотители могут даже дойти до перегрева более слабых чипсетов из-за высокого спроса на энергию и тепловое излучение.
Кроме того, производительность ввода сильно отличается от производительности вывода. Медь максимизирует теплопроводность и, возможно, производительность ваших графических процессоров. Но как насчет реальной производительности на экране? Существует также случай атмосферы, поскольку медь хорошо подходит для небольших помещений.
Сборка и штамповка
Алюминиевые сплавы мягче, легче и лучше взаимодействуют с воздухом, что делает их лучшим выбором для графических карт и процессоров. Медные радиаторы намного тяжелее по сравнению с ними, но это не означает лучшей производительности, потому что все зависит от конструкции и того, как она адаптируется к сборке электроники. Это следует учитывать при сравнении обеих сборок.
Пытаясь проанализировать плотность системы радиатора, вы должны иметь в виду, что необходимо рассчитать стоимость и эффективность. Чем плотнее радиатор, тем с большим тепловым потоком он должен справиться.
Экструзия
Я также обнаружил, что алюминиевые радиаторы просты в экструзии, анодировании и оребрении. Это связано с его более легкой конструкцией и возможностью изготовления из широкого спектра материалов. Все это становится чрезвычайно дорогостоящим для медных раковин, где экструзия затруднена и высока вероятность повреждения инструмента. Экструзия меди также требует высоких температур.
Медные материалы не так легко паяются или экструдируются, как алюминий, из-за эластичности. С ростом числа электронных сборок ежегодно внедряются современные мощные приложения, и вопрос все еще актуален? Могут ли более простые радиаторы, такие как алюминий, справиться с тепловым потоком? Медные радиаторы — лучший выбор для ресурсоемких рабочих нагрузок, таких как эффективные аккумуляторные батареи, высокотехнологичные игры и инверторы.
Определение и выбор правильного типа мойки
Как я неоднократно упоминал в этой статье, выбор правильного типа раковины для вас будет зависеть от многих факторов, которые мы рассмотрим здесь:
Тип теплопередачи
Тип теплопередачи зависит от трех режимов ; теплопроводность, конвекция и излучение. И ваши медные, и алюминиевые радиаторы хорошо работают с тремя модулями, потому что они оба имеют дело с более плотным движением и более высокими температурами. Это просто зависит от типа и положения электроники.
Температура окружающей среды
Что касается «типа теплопередачи», характер работы вашего устройства определяет способ и способ распределения тепла. Это работает как для алюминиевых, так и для медных раковин.
Вес и стоимость обоих типов радиаторов
Радиаторы из чистой меди имеют привлекательный дизайн вентилятора и обработаны антиоксидантами. Они довольно тяжелые и весят около 500 г для кухонных плит с усилителем и высокотехнологичных компьютеров. Стоимость приобретения обычно колеблется от 30 до 50 долларов в зависимости от размера и типа использования. Алюминиевые радиаторы имеют больше ребер и стоят от 10 до 30 долларов при среднем весе 275 г.
Заключение
Разница между алюминиевыми и медными радиаторами достаточно велика, несмотря на их поразительное сходство. В порядке применения или использования важно изложить свои рекомендации, зная, что вы хотите от своего электроники или компьютера. Эти схемы включают рейтинг IP вашей системы, размеры продуктов, стоимость системы, объемные модули охлаждения, требования к изоляции и компоненты.
Они помогут вам определить наилучшие способы выбора правильного радиатора для компьютера или электроники, на которую вы собираетесь установить радиатор. Большинство высококачественных систем не работают эффективно с алюминиевыми грузилами, в то время как медные грузила могут повредить некоторые из них. Это важно знать, чтобы не повредить всю систему, настроенную в попытке уменьшить тепловыделение.
Какие металлы лучше всего рассеивают тепло
Некоторые металлы рассеивают тепло эффективнее, чем другие, и эта теплопроводность имеет важное значение в ряде применений. Теплопроводность – это мера способности металла проводить тепло. Это означает, что металл охлаждает температуру посредством процесса рассеяния.
Металлами с самой высокой теплопроводностью являются медь и алюминий. Самые низкие – стальные и бронзовые.
Металлы, эффективно проводящие тепло, используются в приложениях, где важна передача тепла, как часть процесса охлаждения или нагрева. С другой стороны, такие металлы, как сталь, плохо проводящие тепло, подходят для высокотемпературных сред, где теплостойкость имеет решающее значение.
Например, в качестве эффективного проводника тепла медь используется в нагревательных стержнях и проводах, баках для горячей воды и теплообменниках. Точно так же алюминиевые сплавы являются наиболее распространенным материалом для радиаторов.
Там, где теплостойкость является важной функцией, наиболее подходящими являются металлы с низкой теплопроводностью, например, авиационные двигатели из стали.
В приложениях с теплопроводностью эти металлы должны быть сначала изготовлены, чтобы сделать их подходящими для их конечного назначения. Вот почему высокотемпературная изоляция и системы безопасности печи имеют решающее значение для литейного производства и сталелитейной промышленности .
Теплообменники
Теплообменники — это устройства, передающие тепло из одной формы в другую. Этот обмен материей может быть жидкостью, такой как масло или вода, или движущимся воздухом. Основным металлом в теплообменниках является медь, но в некоторых случаях алюминий может стать экономичной альтернативой. Оба используются, потому что они хорошо проводят тепло.
Распространенным типом теплообменника является автомобильный радиатор. Эта охлаждающая жидкость для двигателя изготовлена из слоев металлических листов, сложенных вместе, с алюминиевым сердечником.
Охлаждает двигатель за счет циркуляции жидкой охлаждающей жидкости на водной или масляной основе. Эта жидкость нагревается через блок двигателя, затем теряет тепло через радиатор, прежде чем вернуться в двигатель.
— Теплообменники также используются в авиационных двигателях для отвода избыточного тепла, а также в военной технике, лазерах, рентгеновских аппаратах и источниках питания.
— Промышленные объекты, использующие теплообменники, включают атомные электростанции и химические заводы. Обычно это трубы из медно-никелевого сплава с хорошей коррозионной стойкостью.
— Газо-водяные теплообменники передают тепло, вырабатываемое газовым топливом, воде в бытовых и коммерческих котлах.
— Испарители обеспечивают теплообмен воздух-воздух в воздушных тепловых насосах, используемых в бытовых и коммерческих системах отопления.
Радиаторы
Это теплообменник особой формы, в котором теплопроводность используется для передачи тепла, выделяемого электронными или механическими устройствами, в движущуюся охлаждающую жидкость, которая затем передает тепло для охлаждения.
Опять же, в них используются металлы с высокой теплопроводностью.
Радиаторы обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, имеющего один из самых высоких показателей теплопроводности. Они используются в полупроводниках для различной бытовой и промышленной электроники.
Компьютеры используют радиаторы для охлаждения центральных процессоров и графических процессоров, но вы также найдете их в силовых транзисторах и светодиодах.
Возможно, более легко узнаваемым применением теплопроводности, основанным на свойствах рассеивания тепла, является кухонная посуда. Качественные сковороды имеют медное дно, потому что оно быстро проводит тепло, равномерно распределяя его по поверхности.
Процессы плавки алюминия и меди
Как теплопроводные металлы медь и алюминий имеют огромное практическое значение. Однако сам процесс плавки для извлечения этих металлов из руды требует профессионального управления температурным режимом.
Индукционные печи обычно обрабатывают медь и алюминий, которые имеют высокую температуру плавления 1084°C и 660°C соответственно. Этот индукционный нагрев чище и более энергоэффективен, чем традиционные методы, но он требует точного контроля температуры и терморегулирования.
Индукционные печи не имеют рафинирующей способности, поэтому материалы, которые они перерабатывают, должны быть сначала очищены от любых продуктов окисления. Эти печи могут быть либо без сердечника, либо иметь петлю из расплавленного металла, намотанную через железный сердечник.
Изоляция и безопасность печи
Подобно тому, как медь и алюминий используются для передачи тепла, этот процесс в первую очередь способствует фактическому производству этих металлов. Микропористая высокотемпературная изоляция помогает предотвратить передачу тепла в печах, выплавляющих эти металлы.
Микропористый материал Elmelin называется Elmtherm и бывает нескольких марок. В алюминиевых желобах он оптимизирует движение и минимизирует потери тепла; а в плавильных печах помогает поддерживать равномерное распределение тепла и качество готового продукта.
Еще одним аспектом плавки меди и алюминия является обеспечение безопасности печи. Vapourshield особенно эффективен для контроля выбросов при плавке медных сплавов, содержащих различные химические компоненты.
Поддержка теплопроводности
Компания Elmelin поддерживает широкий спектр отраслей, в которых используются процессы теплопередачи с использованием теплопроводных металлов, рассеивающих тепло. Мы также обеспечиваем необходимую высокотемпературную изоляцию для литейных цехов, обрабатывающих эти металлы. Для получения дополнительной информации позвоните нам по телефону +44 20 8520 2248, отправьте электронное письмо по адресу [email protected] или заполните онлайн-форму запроса . Мы свяжемся с вами как можно скорее.
Posted in Высокотемпературная промышленная изоляцияTagged рассеивание тепла, управление теплом, управление температурой, термообработкаАлюминий с медным покрытием для повышения теплопроводности
Где в мире собрано
вопросов и ответов для отделки с 1989 года
(——)
Продолжающееся обсуждение, начавшееся еще в 2009 году. ..
3 ноября 2009 г.
В. Я хочу увеличить теплопроводность алюминия с помощью медного покрытия. Есть ли данные, подтверждающие, что это сработает?
Джефф «Фуззи» Хортон
конечный пользователь — Траутман, Северная Каролина, США
3 ноября 2009 г.
А. Привет, Пушистик. Теплопроводность меди примерно в два раза выше, чем у алюминия, но это не значит, что ваше приложение будет «работать». Нам, читателям, нужны подробности, чтобы помочь вам.
С уважением,
Тед Муни, ЧП
Стремление жить Алоха
Finishing.com — Пайн-Бич, Нью-Джерси
4 ноября 2009 г.
К. Тед,
Если я покрою медью алюминиевый радиатор, используемый для охлаждения компонента посредством воздушного потока через радиатор, будет ли он лучше охлаждать компонент?
С уважением,
Джефф «Фуззи» Хортон [возвращается]
конечный пользователь — Траутман, Северная Каролина, США
«Теплообмен»
из Abe Books
или
Партнерская ссылка
(ваши покупки делают возможным использование Finishing. com)
9 ноября 2009 г.
А. Нет, не будет. Извиняюсь. Проводимость металла так мало влияет на конвекцию, что ее даже не включают в формулы для оценки конвективного теплообмена. Улучшение потока воздуха — это путь. Удачи.
Тед Муни, ЧП
Стремление жить Алоха
Finishing.com — Пайн-Бич, Нью-Джерси
12 ноября 2009 г.
В. Привет, Тед, я пытаюсь найти очень похожую комбинацию. Но позвольте мне перефразировать первоначальный вопрос Джеффа:
Повысит ли медное покрытие алюминиевого радиатора теплопередачу снизу вверх, что, в свою очередь, заставит ребра нагреваться (поглощать тепло) быстрее/лучше? И при том же потоке воздуха нижняя поверхность будет немного прохладнее.
Например: алюминиевый радиатор 50 х 50 х 50 мм.
Если мы покроем весь объект медью, поможет ли это теплу проходить в два раза быстрее снизу вверх через медный слой, а затем, в свою очередь, более равномерно передавать тепло нижележащему алюминию (при воздушном охлаждении)? Или тонкий слой меди не будет иметь никакого значения для сохранения преимуществ теплопередачи?
Еще один пример: медные блоки часто встраивают в алюминиевые радиаторы, которые помогают быстрее отводить тепло, или в тепловые трубки, которые передают тепло с гораздо большей скоростью.
Спасибо, Тед!
Рома Жевин
— Статен-Айленд, Нью-Йорк, США
РУКОВОДСТВО ДЛЯ НОВИЧКОВ —
Читатели: существует 3 режима теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.
1. Теплопроводность – передача тепла через твердые материалы; многие твердые тела, в том числе металлы, очень эффективно проводят тепло, как мы узнаем, касаясь горячих предметов и обжигаясь в тот момент, когда устанавливается связь между твердыми телами.
2. Конвекция – это передача тепла воздухом, например, нагрев воздуха в помещении водяным радиатором.
3. Излучение — это тепло, переносимое инфракрасными волнами даже через вакуум, подобно нагреву земли солнцем. Радиация — это крошечный фактор при низких температурах, но большой фактор при очень высоких температурах; этот крошечный диск в небе согревает всю планету за миллионы миль, но его температура составляет миллионы градусов.
Иногда передача тепла осуществляется несколькими способами. Горячий костер нагревает нас главным образом за счет излучения, но смена направления ветра может опалить наши волосы, когда нас омывает конвекционное тепло.
12 ноября 2009 г.
А. Привет, Рома. Цепь прочна настолько, насколько прочно ее самое слабое звено, включая цепи теплопередачи. Хотя мы не говорили о размерах, ориентации и т. д., я вполне уверен, что вы оба обнаружите, что конвекционный элемент является самым слабым звеном в цепи, потому что он всегда таков, что любое усилие, которое вы прилагаете, увеличение проводимости металла будет потрачено впустую как ошибка округления.
Хотя вы можете взять в библиотеке книгу о теплопереносе и поработать над расчетами, и я поощряю это, простой опыт также может помочь вам: если на плите стоит горячая сковорода, вы обожжетесь, если прикоснетесь к ней, несмотря ни на что из чего сделана сковорода. Причина, по которой мы случайно касаемся горячей сковороды, заключается в том, что конвективный и лучистый перенос тепла от сковороды к нашей руке настолько низок, что мы почти не получаем предупреждения, когда наша рука приближается к ней.
Я думаю, что причина, по которой медные блоки используются в радиаторах с водяным охлаждением, заключается в том, что медь является гораздо лучшим материалом для водяных труб, чем алюминий. Удачи.
С уважением,
Тед Муни, ЧП
Стремление жить Алоха
Finishing.com — Пайн-Бич, Нью-Джерси
14 ноября 2009 г.
Спасибо, Тед, мы очень ценим ваш вклад!
Рома Жевин [возвращается]
— Статен-Айленд, Нью-Йорк, США
12 апреля 2013 г. 9-1).
При расчете количества тепла, проводимого алюминием толщиной 5 мм, мы можем обнаружить, что оно равно <= количеству тепла, проводимого металлическим слоем толщиной 5 мкм с низкой теплопроводностью, таким как никель, сталь, олово и т. д. Таким образом, возможно, теплопроводность алюминиевая пластина с покрытием должна оставаться равной алюминиевой пластине.
Прошу прощения, если ошибаюсь. Я не из области металлургии. Я просто заинтересовался этим, потому что одно из моих требований к обшивке (которое до сих пор осталось незавершенным).
С уважением,
Рави
Рави Гаутам
— Мумбаи, Махараштра, Индия
12 апреля 2013 г.
А. Привет, Рави. Это общедоступный форум, где читатели размещают свои вопросы, а другие читатели пытаются помочь ответить на них. Как оператор веб-сайта, я стараюсь поддерживать обсуждение, пытаясь ответить, если никто другой не ответил. . . но это не значит, что я считаю себя экспертом по теплопередаче; Я не.
И все же, чтобы не сбивать читателей с толку, наверное, следует предупредить их, что вы говорите о проводимости, а я говорил о конвекции.
Возможно, я неправильно понимаю ваш вопрос, но если ваш вопрос заключается в том, почему слой никеля с «низкой проводимостью» толщиной 5 мкм кажется меньшим препятствием для теплопередачи, чем алюминий толщиной 5 мм, ну, это в тысячу раз как тонкие, тогда как теплопроводность металлов различается примерно в десять, а не в тысячу раз.
С уважением,
Тед Муни, ЧП
Стремление жить Алоха
Finishing.com — Пайн-Бич, Нью-Джерси
15 апреля 2013 г.
Дорогой Тед,
Большое спасибо за ответ. Не многие форумы так помогают людям с их вопросами, как этот форум.
В. На самом деле я хотел убедиться, что не ошибаюсь в вопросе нанесения никелирования на алюминиевую сковороду толщиной 5 мм. И все же я не уверен, сколько жизни я должен ожидать от него. Будем признательны за советы о любой альтернативе или о том, как «сделать это дома». На самом деле мне трудно найти кого-то, кто мог бы сделать для меня гальванопокрытие. С уважением, Рави Рави Гаутам [возвращается] 15 апреля 2013 г. A. Спасибо, Рави. Пожалуйста, найдите на сайте «никелирование в домашних условиях» и опубликуйте в одной из этих тем; и если вы ищете услуги по гальваническому покрытию, разместите запрос предложений. Мы хотим вам помочь, но у нас 60 000 тем, и если треды о тепловых преимуществах промышленного меднения радиаторов блуждают в предполагаемом сроке службы самодельного никелирования алюминиевых кастрюль, а дальше в тему которых в лучших никелированных магазинах в Мумбаи читатели ничего не найдут 🙂 С уважением, Тед Муни, ЧП |
8 июля 2017 г.
В. Сэр,
Из журнальных статей я заметил, что характеристики теплоотвода улучшаются за счет покрытия теплопроводности на подложке. Это неправильно? Почему увеличение теплопроводности, а не увеличение теплопередачи?
SREEDAHR VULLOJU
Инженерный колледж Вардхаман — Хайдарабад, Телангана, Индия
июль 2017 г.
? Привет, Шридар. Извините, но я не понимаю, что вы говорите или спрашиваете. Пожалуйста, постарайтесь подробно рассказать о том, что вы делали и каковы были результаты. Какое покрытие вы наносили. Что вы измерили и обнаружили? Какая была температура — была ли она достаточно высокой, чтобы перенос тепла излучением мог играть роль? Что именно противоречило вашим выводам в журнальной статье? Абстрактные разговоры о «проводящих покрытиях» на радиаторах, которые основаны на конвекции и, возможно, на излучении, а не на проводимости, похоже, приводят только к дополнительным недоразумениям, а не к большей ясности 🙂
Спасибо и С уважением,
Тед Муни, ЧП RET
Стремление жить Алоха
Finishing.com — Пайн-Бич, Нью-Джерси
Finishing.com стал возможным благодаря …
этот текст заменяется на bannerText
Вопрос, ответ или комментарий в ЭТОЙ теме -или- Начать НОВУЮ тему
Отказ от ответственности: с помощью этих страниц невозможно полностью диагностировать проблему отделки или опасность операции.