Теплопроводность стали, алюминия, латуни, меди

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://tokar.guru/metally/stal/teploprovodnost-stali-alyuminiya-latuni-medi.html
• http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/svojstva-medi-plotnost-teploemkost-teploprovodnost
• https://smolgelios.ru/provodka/teplo-elektroprovodnost-medi.html
• https://ometalledo.ru/teploprovodnost-medi-i-alyuminiya-tablica.html
• https://vse-otoplenie.ru/teplootdaca-aluminia
• http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/teploprovodnost-splavov-medi-temperatura-plavleniya-bronzy-i-latuni
• https://kangen.ru/raznoe/temperatura-plavleniya-latuni-v-domashnih-usloviyah.html
• http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/teploprovodnost-metallov-teploemkost-i-plotnost-splavov
• http://zaozmi.ru/polezno/tablica_teploprovodimosti_metallov.html
• https://tpspribor.ru/vidy-metalla/teploprovodnost-medi-dve-storony-odnoy-medali.html
• https://ectrl.ru/provodka/elektro-i-teploprovodnost-medi.html
• http://met-all.org/cvetmet-splavy/med/teploprovodnost-medi-i-ee-splavov.html
• https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Примеси в медных сплавах

отсюда

Примеси, содержащиеся в меди (и, естественно, взаимодействующие с ней), подразделяют на три группы.

Образующие с медью твердые растворы

К таким примесям относятся алюминий, сурьма, никель, железо, олово, цинк и др. Данные добавки существенно снижают электро- и теплопроводность. К маркам, которые преимущественно используются для производства токопроводящих элементов, относятся М0 и М1. Если в составе медного сплава содержится сурьма, то значительно затрудняется его горячая обработка давлением.

Не растворяющиеся в меди примеси

Сюда относятся свинец, висмут и др. Не влияющие на электропроводность основного металла, такие примеси затрудняют возможность его обработки давлением.

Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения

К этой группе относятся сера и кислород, который снижает электропроводность и прочность основного металла. Наличие серы в медном сплаве значительно облегчает его обрабатываемость при помощи резания.

Теплоотдача – ключевой показатель эффективности

Коэффициент теплоотдачи радиаторов – это показатель его мощности. Он определяет количество выделенного тепла за определенный промежуток времени. На мощность конвектора влияют: физические свойства прибора, его тип подключения, температура и скорость теплоносителя.

Мощность конвектора, указанная в его техпаспорте, обусловлена физическими свойствами материала, из которого изготовлен прибор, и зависит от его межосевого расстояния. Чтобы рассчитать необходимое количество секций радиатора для помещения, понадобится площадь жилья и коэффициент теплового потока прибора.

Вычисления производятся по формуле:

Количество секций = S/ 10 * коэффициент энергии (K) / величина теплового потока (Q)

Пример: Необходимо рассчитать количество секций алюминиевой батареи (Q = 0,18) для помещения, площадью 50 м 2 .

Расчет: 50 / 10 * 1 / 0,18 = 27,7. То есть, для обогрева помещения понадобится 28 секций. Для монолитных приборов, за место Q, ставим коэффициент теплоотдачи радиатора и в результате получаем необходимое количество батарей.

Если конвекторы будут установлены рядом с источниками, влияющими на теплопотери (окна, двери), то коэффициент энергии берется из расчета — 1.3.

Для отопления используются радиаторы: стальные, алюминиевые, медные, чугунные, биметаллические (сталь + алюминий), и все они имеют разную величину теплового потока, обусловленную свойствами металла.

Схемы подключения радиаторов для частного дома, как выбрать лучший вариант, читайте здесь.

Как выбрать хороший масляный радиатор для дома: советы, рекомендации, польза и вред.

На чём остановить свой выбор

Вопрос выбора всё ещё остаётся открытым. Но нужно на него постараться максимально объективно ответить. Несмотря на озвученные недостатки, при выборе радиатора несколько лет назад все однозначно бы остановились на медном изделии. Такие конструкции объективно были лучше и могли обеспечить отличную работоспособность всей отопительной системы автомобиля. Но сейчас ситуация другая. Производителей много, а вот действительно качественных медных элементов, какими они были раньше, нет. Это обусловлено стремлением удешевить производство продукции.

В результате к меди начали добавлять всевозможные примеси, которые негативно влияют на прочность, качество, теплопроводность и прочие моменты, всегда считавшиеся главными достоинствами. Потому логичнее сделать выбор в пользу алюминия. Этот материал не нуждается в удешевлении за счёт примесей, потому фактически полностью сохраняет свои преимущества. А недостатки автовладельцы называют не столь существенными, поскольку радиатор всё равно является расходным материалом, который можно менять раз в несколько лет.

При нынешних условиях алюминий объективно лучше меди. Но если вам удастся отыскать максимально качественное изделие, где отсутствуют примеси других металлов, тогда можете смело останавливать свой выбор на медном радиаторе печки. А вот от чего следует категорически отказаться, так это от крашеных отопительных радиаторов. Наличие слоя краски значительно снижает теплоотдачу. В дополнение при нагреве лакокрасочного покрытия оно начинает издавать неприятный запах, который поступает внутрь салона автомобиля. Старайтесь внимательно следить за отопительной системой, предотвращать забивание каналов. Если они окажутся закупоренными, здесь уже не будет играть никакой роли тот факт, из какого материала изготовлены эти элементы системы отопления автомобиля.

Производители

Если вы сумели определить для себя лично, какой радиатор лучше, то остаётся решить только вопрос с производителем. Медь и алюминий активно используют в производстве своих изделий разные фирмы, занимающиеся созданием компонентов для автомобильных систем отопления. Хороших производителей достаточно много, но у всех есть свой опыт в работе с теми или иными заводами. Объективно лучшую компанию определить нельзя. Кто-то хорошо отзывается о них, другие остались не особо довольными. Вопрос достаточно субъективный.

Алюминий

Этот легкий, недорогой, высокопрочный и простой в эксплуатации металл является одним из основных материалов, используемых для изготовления теплообменников в оборудовании для кондиционирования воздуха, таком как кондиционеры и обогреватели.

Как внутри страны, так и в промышленности алюминиевая посуда широко используется на кухнях по всему миру.

Алюминиевая посуда, такая как кастрюли, сковороды и противни, чрезвычайно эффективна. Они не меняют вкус пищи и позволяют теплу быстро и равномерно распространяться во время приготовления.

Тем не менее, алюминиевые кастрюли и сковороды были заменены нержавеющей сталью, которая не так хорошо проводит тепло. Это связано с тем, что нержавеющая сталь не вступает в реакцию с более сильными кислотами, например, с томатным соусом.

Вот почему предпочтительно делать томатные соусы в стальной посуде, чтобы предотвратить попадание алюминия в пищу, поскольку некоторые из них связывают алюминий — присутствующий в антацидах, тальках, дезодорантах и ​​многих других продуктах — с появлением дегенеративных заболеваний, хотя большинство экспертов, а также FDA отвергают эту гипотезу.

Посуда из анодированного алюминия не имеет риска высвобождения частиц алюминия и, в принципе, может использоваться с большей безопасностью.

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

1. 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).
2. 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.
3. 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.

Теплопроводность меди. Замечательное свойство

В истории человеческой цивилизации роль меди преувеличить невозможно. Именно с нее человек начинал осваивать металлургию, учился создавать инструменты, посуду, украшения, деньги. И все благодаря уникальным свойствам этого металла, проявляющимся при сплаве с другими веществами. То мягкий, то прочный, то тугоплавкий, то плавится без всяких усилий. Обладает множеством прекрасных характеристик, и одной из них является теплопроводность меди.

Если речь зашла об этой характеристике, то надо пояснить, о чем идет речь. Теплопроводностью называют способность вещества передавать тепло от нагретого участка к холодному. Так вот, теплопроводность меди одна из самых высоких среди металлов. Как можно оценить такое свойство, как хорошее или как плохое?

Если спросить кулинаров и поваров, они скажут, как хорошее, благодаря чему медная посуда наилучшим образом передает тепло от огня к готовящемуся продукту, да и нагрев равномерно распределяется по поверхности, контактирующей с пламенем.

Конечно, и другие металлы, и не только металлы, передают тепло, или, по-другому, обладают достаточной теплопроводностью, но у меди эта способность одна из лучших, так называемый коэффициент теплопроводности меди самый высокий, выше только у серебра.

Отмеченная способность обеспечивает широкие возможности использования металла в самых разных областях. В любых системах теплообмена медь является первым кандидатом на применение. Например, в электроотопительных приборах или в радиаторе автомобиля, где нагретая охлаждающая жидкость отдает лишнее тепло.

Теперь можно попытаться понять, чем обусловлен эффект передачи тепла. Происходящее объясняется достаточно просто. Происходит равномерное распределение энергии по объему материала. Можно провести аналогию с летучим газом. Попав в какой-то замкнутый сосуд, такой газ занимает все доступное ему место. Так и здесь, если металл нагреть в какой-то отдельной области, то полученная энергия равномерно распределяется по всему материалу.

Таким явлением можно объяснить теплопроводность меди. Не вдаваясь в квантовую физику, можно сказать, что за счет внешнего поступления энергии (нагрева) часть атомов получает дополнительную энергию и затем передает ее другим атомам. Энергия (нагрев) распространяется по всему объему предмета, вызывая его общий нагрев. Подобное происходит с любым веществом.

Разница только в том, что медь, теплопроводность которой очень высокая, хорошо передает тепло, а другие вещества делают то же самое значительно хуже. Но во многих случаях это может быть и нужным свойством. На свойстве веществ плохо проводить тепло основана теплоизоляция, за счет плохой передачи тепла не происходит его потерь. Теплоизоляция в домах позволяет сохранять комфортные условия проживания в самые суровые морозы.

Обмен энергией, или, как в нашем случае, передача тепла, может осуществляться и между разными материалами, если они находятся в физическом контакте. Именно это происходит, когда мы ставим чайник на огонь. Он нагревается, а затем от посуды нагревается вода. За счет свойств материала происходит передача тепла. Теплопередача зависит от многих факторов, в том числе от свойств самого материала, таких как его чистота. Так, если теплопроводность меди лучше, чем у других металлов, то уже ее сплавы, бронза и латунь обладают значительно худшей теплопроводностью.

Говоря об этих свойствах, нельзя не отметить, что теплопроводность зависит от температуры. Даже у самой чистой меди, с содержанием 99,8%, с ростом температуры коэффициент теплопроводности падает, а у других металлов, например, марганцевой латуни, с повышением температуры коэффициент растет.

В изложенном описании дано объяснение такого понятия, как теплопроводность, объяснена физическая суть явления, на примере меди и других веществ рассмотрены некоторые варианты применения этих свойств в повседневной жизни.

fb.ru

Значение в быту и производстве

Применение теплопроводности при строительстве

У каждого материала имеется свой показатель теплопроводности. Чем ее значение ниже, тем, соответственно ниже уровень теплообмена между внешней и внутренней средой. Это означает то, что в здании, сооруженном из материала с низкой теплопроводностью, зимой будет тепло, а летом прохладно.

Тепловые потери по швам панельного дома

При сооружении различных зданий, в том числе и жилые здания, без знаний о теплопроводности стройматериалов не обойтись. При проектировании строительных сооружений необходимо учитывать данные о свойствах таких материалов как – бетон, стекло, минеральная вата и многих других. Среди них предельная теплопроводность принадлежит бетону, между тем, у древесины она в 6 раз меньше.

Системы отопления

Ключевая задача любой отопительной системы – это перенос тепловой энергии от теплоносителя в помещения. Для такого обогрева применяют батареи или радиаторы отопления. Они необходимы для передачи тепловой энергии в помещения.

• Радиатор отопления – это конструкция внутри, которой перемещается теплоноситель. К основным характеристикам этого изделия относят:материал, из которого оно изготовлено;
• вид конструкции;
• размеры, в том числе и количество секций;
• показатели теплоотдачи.

Именно теплоотдача и есть ключевой параметр. Все дело в том, что определяет объем энергии, которое передается от радиатора в помещение. Чем больше этот показатель, тем ниже будут потери тепла.Существуют справочные таблицы, определяющие материалы, оптимальные для использования в отопительных системах. Из данных, которые в них размещены, становится ясно, что самым эффективным материалом считается медь. Но, вследствие ее высокой цены и определенных технологических сложностей, связанных с обработкой меди их применяемость не так высока.

Биметаллический радиатор

Именно поэтому все чаще применяют модели, изготовленные из стальных или алюминиевых сплавов. Нередко применяют и сочетание различных материалов, например, стали и алюминия.Каждый изготовитель радиаторов, при маркировке готовых изделий должен указывать такую характеристику, как мощность тепловой отдачи.На рынке отопительных систем можно приобрести радиаторы, изготовленные из чугуна, стали, алюминия и биметалла.

Что лучше проводит тепло алюминий или медь

На сегодняшний день радиаторы производятся из разнообразных материалов, наиболее распространенные, из которых сталь, нержавеющая сталь и алюминий.

Всегда есть сомнения, какой именно радиатор выбрать для установки в доме? Очевидно, что это зависит от личного вкуса, а также от требований, которые вы поставили перед собой к качеству отопления помещения.

Алюминий, безусловно, является самым экологичным материалом и имеет огромное количество преимуществ.

Как выбрать радиатор отопления: советы специалистов

В этой статье мы не будем рассматривать чугунные радиаторы, т.к. они теряют популярность среди покупателей.

Сосредоточим внимание на самых востребованных моделях. Материал в деталях расскажет о преимуществах алюминиевых и стальных батарей

Материал в деталях расскажет о преимуществах алюминиевых и стальных батарей.

Алюминиевые радиаторы имеют малый вес

Алюминиевые радиаторы легче, чем традиционные стальные или чугунные радиаторы, этот факт дает возможность расположить такой радиатор на любой стене в помещении.

Батареи из алюминия можно повесить на стену, даже в ситуациях, когда толщина не позволяет сделать глубокого закрепления.

Это существенно экономит затраты на оплату строительных работ, так как повесить их можно очень быстро и надежно.

Мы рекомендуем ознакомиться с ассортиментом радиаторов отопления представленных в интернет магазинах, на сайтах производителей можно купить алюминиевые радиаторы ведущих европейских производителей (ESPERADO, FERROLI, GLOBAL, FARAL, FONDITAL) с гарантией 10 лет!

Алюминий — коррозионностойкий материал

Алюминий не подвержен коррозии, что делает его идеальным материалом для производства радиаторов, которые предполагается устанавливать в таких помещениях, как ванные комнаты и кухни, где выоская влажность.

Алюминий хорошо проводит тепло

Алюминий быстро нагревается, что делает его отличным проводником тепла.

Алюминиевые радиаторы имеют низкое содержание воды, а это означает, что после включения такие устройства дают интенсивный всплеск тепла и нагревают помещения довольно быстро.

Установив алюминиевые радиаторы можно быстро достичь требуемой температуры в комнатах, так как они имеют наименьшее время отклика.

Главным преимуществом является существенная экономия энергетических затрат в отопительный сезон и как прекрасный бонус – экономия денежных средств, так как алюминиевые радиаторы можно выключать на время вашего отсутствия в доме, а вернувшись домой включить и быстро получить теплый дом не тратя на ожидание длительное время.

Алюминиевые радиаторы имеют широкий диапазон конструкций и цветов

Бытует распространенное мнение, что эффективное тепло не может быть красивым и оригинальным. К счастью, времена, когда дизайн должен уступить свои позиции отличной эффективности, прошли.

Алюминиевые радиаторы имеют разнообразный ряд конструкций и предлагают даже самому требовательному покупателю достойный выбор.

Вы можете выбрать свой собственный цвет финишного покрытия, которое идеально будет соответствовать стилю вашего дома, форма радиатора будет гармонировать с вашей домашней или офисной атмосферой на сто процентов.

Жертвоприношение по стилю? Ни в коем случае, когда вы выбираете для своего дома алюминиевые радиаторы!

Нержавеющая сталь

Использование стали для производства теплообменников позволяет получить прочные изделия, которые в основном используются для систем индивидуального отопления домов и коттеджей.

По причине возможности контроля качества теплоносителя и давления в системе, стальные приборы станут отличном выбором для систем автономного отопления.

Стальные радиаторы обладают низкой тепловой инерцией, а значит проблем с быстрым изменением температуры в помещении не возникнет. Помимо небольшой тепловой инерции, стальные радиаторы обладают и другими преимуществами:

Методы изучения и измерения

Прежде чем начинать изучение и измерение показателя теплопроводности нужно выбрать материал, узнать технологию его какой технологии получения. Например, металлические заготовки одинакового размера, формы, изготовленные литьем или порошковой металлургии будут отличаться основными параметрами. То же самое касается сырых металлов в сравнении с тем, которые прошли термическую обработку.

Специалисты выделяют ряд актуальных методик измерения коэффициента теплопроводности, применяемыми предприятиями:

1. TCT (Методика разогретой проволоки).
2. HFM (Методика теплового потока).
3. GHP (Технология раскаленной охранной зоны).
4. Релакционно-динамический способ. С его помощью проводятся массовые измерения технических характеристик. При измерении нужно выбирать заготовки с одинаковой отражающей способностью поверхностей.

При изготовлении различных предметов, деталей, оборудования из металла, специалисты учитывают отдельные технические характеристики. Например, при производстве теплообменников, радиаторов, систем охлаждения, нагрева воды, главный параметр — коэффициент теплопроводности. На него влияет химическое строение материала, кристаллическая решетка, пористость, форма, размеры заготовки.

Теплопроводность металлов и ее применение

Металлы – это вещества, имеющие кристаллическую структуру. При нагревании они способны плавиться, то есть переходить в текучее состояние. Одни из них имеют невысокую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и держа над пламенем свечи. Это свинец и олово. Другие возможно расплавить только в специальных печах. Высокой температурой плавления обладают медь и железо. Для ее понижения в металл вводят добавки. Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.

От чего же зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики – теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкостью называют способность при нагревании поглощать теплоту. Ее численный показатель – удельная теплоемкость. Под ней подразумевается количество энергии, которое способна поглотить единица массы металла, нагреваемая на 1°С. От этого показателя зависит расход топлива на нагревание металлической заготовки до нужной температуры. Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), металлических сплавов – 100-2000 Дж/(кг*К).

Теплопроводность металлов – это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.

У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов – золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность – у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования. Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование – ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться. Поэтому здесь используют теплоизолирующие материалы.

Еще одна характеристика металла, влияющая на его свойства – тепловое расширение. Оно выглядит как увеличение в объеме металла при его нагревании и уменьшение – при охлаждении. Это явление обязательно необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий. Так, например, крышки кастрюль делают накладными, у чайников тоже предусмотрен зазор между крышкой и корпусом, чтобы при нагревании крышку не заклинило.

Для каждого металла вычислен коэффициент теплового расширения. Его определяют нагреванием на 1°С опытного образца, имеющего длину 1 м. Самый большой коэффициент имеют свинец, цинк, олово. Поменьше он у меди и серебра. Еще ниже – железа и золота.

По химическим свойствам металлы делятся на несколько групп. Существуют активные металлы (например, калий или натрий), способные мгновенно вступать в реакцию с воздухом или водой. Шесть самых активных металлов, составляющий первую группу периодической таблицы, называют щелочными. Они имеют маленькую температуру плавления и так мягки, что могут быть разрезаны ножом. Соединяясь с водой, они образуют щелочные растворы, отсюда и их название.

Вторую группу составляют щелочноземельные металлы – кальций, магний и пр. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие. Примерами металлов следующих, третьей и четвертой групп, могут служить свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и они часто используются в сплавах. Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более ковки и часто применяются в промышленности в виде сплавов.

Положение каждого металла в ряду активности характеризует его способность вступать в реакцию. Чем активнее металл, тем легче он забирает кислород. Их очень трудно выделить из соединений, в то время, как малоактивные виды металлов можно встретить в чистом виде. Самые активные из них – калий и натрий – хранят в керосине, вне его они сразу же окисляются. Из металлов, используемых в промышленности, наименее активным является медь. Из нее делают резервуары и трубы для горячей воды, а также электрические провода.