Теплопроводность металлов и сплавов: таблица

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.

Что такое теплопроводность

Молекул.
Атомов.
Электронов и других частиц структуры металла.

Показатели для стали

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.

https://youtube.com/watch?v=Aa90TIZ6Pa0

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.

Что такое удельная теплоемкость?

Тепловые явления изучаются двумя науками — термодинамикой и молекулярной физикой. У этих наук разные предметы изучения, подходы и методы, но именно накопленные знания этих дисциплин позволяют составить истинное представление о тепловых явлениях.

Теплоемкость в случае обеих наук выступает как ключевое понятие. Величина обозначается латинской буквой C. В широком смысле теплоемкость рассматривают как физическое свойство вещества или материала поглощать строго определенное количество теплоты при нагревании и выделять его при обратном процессе охлаждения.

Любая удельная величина определяется как отношение, которое реализуется к другим абсолютно разным величинам, взятым за единицу. Например, к энергии, массе или объему.

В удельной теплоемкости отношение задается к произведению массы и температуры. Формула для расчета удельной теплоемкости выглядит так: C = Q/m*(T2 – T1), где Q – количество теплоты в Дж, m – масса вещества в кг, (T2 – T1) — разница между конечной (T2) и начальной (T1) температурами вещества в градусах Кельвина.
Таким образом, в международной системе единиц (СИ) удельная теплоемкость измеряется в Дж/(кг.К). Ее физический смысл можно определить вопросом о том, сколько теплоты потребуется, чтобы нагреть 1 кг данного вещества на 1°K.
Логично, что при охлаждении 1 кг вещества на 1°(по шкале Кельвина или Цельсия — не имеет значения, так как величина равна 1) в окружающую среду выделится теплота в таком же количестве, которое ушло на нагревание, а величина приобретет отрицательное значение.

Свойства цинка: плотность, теплопроводность, теплоемкость

В таблице представлена температурная зависимость теплофизических свойств цинка Zn таких, как плотность цинка, теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность и его удельное электрическое сопротивление. Теплофизические свойства цинка указаны при температуре от 50 до 1000 К (-223 до 727°С).

Цинк при нормальных условиях довольно хрупкий и тусклый металл, который плавится при температуре 692,7 К (около 420°С). При комнатной температуре плотность цинка равна 7130 кг/м3, что меньше плотности стали, но значительно больше (в 2,64 раза) плотности алюминия.

Плотность цинка при увеличении его температуры снижается, поскольку происходит увеличение удельного объема этого металла (цинк расширяется). Например, при температуре 1000 К цинк находится уже в жидком состоянии, и плотность цинка становится равной 6570 кг/м3.

Свойства цинка в жидком состоянии претерпевают значительные изменения. Из таблицы хорошо видно, что плотность жидкого цинка имеет меньшее значение, чем плотность твердого металла.

Также существенно снижаются значения таких свойств цинка, как температуропроводность и теплопроводность. Температуропроводность цинка в твердом состоянии убывает с повышением температуры и возрастает — в жидком. Теплопроводность цинка в твердом состоянии имеет отрицательный температурный коэффициент и положительный — в жидком, она носит электронный характер. При комнатной температуретеплопроводность цинка равна 115 Вт/(м·град), что сопоставимо с теплопроводностью алюминиевых сплавов.

Зависимость удельной теплоемкости цинка от температуры является типичной для простых металлов. Выше температуры Дебая теплоемкость слабо зависит от значения температуры. Дебаевская температура цинка близка к комнатной температуре. Теплоемкость цинка при его плавлении увеличивается с 453 до 480,3 Дж/(кг·град) и при дальнейшем нагреве до 1000 К практически не изменяется.

thermalinfo.ru

ЦИНК (Zn)


Название	Цинк / Zincum
Символ	Zn
Номер	30
Атомная масса (молярная масса)	65,38 (2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	3d10 4s2
Радиус атома	138 пм

Ковалентный радиус	125 пм
Радиус иона	(+2e) 74 пм
Электроотрицательность	1,65 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-0,76 В
Степени окисления	0; +2
Энергия ионизации (первый электрон)	905,8 (9,39) кДж/моль (эВ)

Плотность (при н. у.)	7,133 г/см3
Температура плавления	419,6 °C
Температура кипения	906,2 °C
Уд. теплота плавления	7,28 кДж/моль
Уд. теплота испарения	114,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	25,4 Дж/(K·моль)
Молярный объём	9,2 см3/моль

Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,6648 c=4,9468 Å
Отношение c/a	1,856
Температура Дебая	234 K

Теплопроводность	(300 K) 116 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-66-6

infotables.ru

С чем вода способна реагировать

Вода способна реагировать почти со всеми веществами, которые существуют на Земле. Единственное, что для возникновения этих реакций нужно обеспечить подходящую температуру и микроклимат.

Например, при комнатной температуре вода отлично реагирует с такими металлами, как натрий, калий, барий — их называют активными. С галогенами — это фтор, хлор. При нагревании вода отлично реагирует с железом, магнием, углем, метаном.

При помощи различных катализаторов вода вступает в реакцию с амидами, эфирами карбоновых кислот. Катализатор — это вещество, словно бы подталкивающее компоненты к взаимной реакции, ускоряющее ее.

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.

Типы подключения радиаторов

Теплоотдача батарей зависит не только от материала, из которого они сделаны. Большое значение имеет тип подключения к трубам поступления и отвода отопления. Радиатор можно подключить:

Диагональным способом. При этом подающая труба присоединяется слева сверху, а отвод – справа снизу. Такой вид является самым эффективным, поскольку позволяет равномерно прогреть всю батарею для хорошей теплоотдачи. Старые чугунные радиаторы отопления (таблица параметров приведена выше) подключались именно таким способом.
Односторонним способом (боковое подключение). При этом трубы присоединяются с одной стороны. Такой вид подключения считается менее эффективным – если в радиаторе много секций, то они не могут прогреться в достаточной мере.
Нижнее подключение – обе трубы присоединяются снизу с обеих сторон.
Верхнее подключение. При данном виде трубы подсоединяются сверху: слева подающая, справа отводящая.

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.

Конструкция стальных радиаторов

Стальные батареи, используемые в системах отопления, бывают или панельными, или трубчатыми.

Панельные радиаторы

Это прямоугольные панели разных размеров. Они обладают конвекторными свойствами и имеют достаточно простую конструкцию, при этом:

две профилированные пластины свариваются между собой по периметру, и внутри этой конструкции, благодаря штампованным профилям, образуются вертикальные каналы для циркуляции теплоносителя;
приваренные с тыльной стороны П-образные ребра из тонкой холоднокатаной стали усиливают теплоотдачу;
конструкция может содержать до трех панелей, защищенных общим кожухом.

Трубчатые радиаторы

Изделия этого типа представляют собой несколько отдельных труб, соединенных коллекторами. Трубы могут иметь вертикальное и горизонтальное расположение.

Понятие теплопроводности

Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней. Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества. Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.

Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла. Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры. Так, теплопроводность, равная одному ватту на метр-Кельвин, означает, что тепловая энергия в один Джоуль переносится через материал:

за одну секунду;
через площадь один метр квадратный;
на расстояние один метр;
когда разница температур на поверхностях, находящихся на расстоянии один метр друг от друга в материале, равна один Кельвин.

Понятно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло, и наоборот. Например, значение этой величины для меди равно 380 Вт/(м*К), и этот металл в 10 000 раз лучше переносит тепло, чем полиуретан, теплопроводность которого составляет 0,035 Вт/(м*К).

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 коэффициента теплопроводности

Для обозначения рассматриваемого значения применяется символ λ — количество тепла, которое передается в единицу времени через единицу поверхности на момент повышения температуры. Это значение применяется при проведении различных расчетов.

Описание свойства теплопроводности многих металлов проводится по формуле k = 2,5·10−8σT. В этой формуле учитывается:

Температура, измеряемая в Кельвинах.
Показатель электропроводности.

Это соотношение больше всего подходит для определения свойств проводников на момент эксплуатации при нагреве, но в последнее время применяется и для измерения степени проводимости тепловой энергии.

Полупроводники и изоляторы обладают более низкими показателями проводимости тепла, что связано с особенностями строения их кристаллической решетки.

Виды алюминиевого остекления лоджии и балкона

Холодное

Применяют для защиты помещения от ветра, осадков, пыли. Организуют в нетребовательных к теплоизоляции помещениях. Устанавливают в цехах, зимних садах, на складах, балконах.

Теплое

Монтируют в жилых комнатах, на теплых лоджиях из алюминия. Для защиты от холода внутри профиля размещают теплоизолирующий вкладыш из полиуретана. Он надежно изолирует холод.

Рамное

Монтируется из профиля стандартной ширины. Привлекательно смотрится. Просто устанавливается и потому стоит дешевле. По сравнению с безрамными такие окна пропускают меньше света, но они прочнее — можно остеклять большие по площадки лоджии.

Для остекления веранд, беседок, террас используют не только пластиковые, но и теплые алюминиевые двери и окна. Они блокируют холод и шум так же эффективно, как и теплые ПВХ-профили.

Безрамное

Максимально увеличивает естественную освещенность помещения. Создается из профиля небольшой ширины. Швы незаметны с улицы, что создает впечатление единого стеклянного полотна. С такими стеклами красиво смотрятся зимние сады, лоджии, оборудованные для летнего досуга.

Распашное

Чаще используется на просторных балконах, эркерах, лоджиях. Распашные створки характерны для теплого профиля. Они требуют больше пространства при открывании, позволяют безопасно мыть окна внутри, снаружи. Часто распашные створки комбинируют с глухими — так можно сэкономить на профильной системе, крепеже. Иногда этого требуется форма балконного помещения.

Раздвижное

Какие плюсы и минусы у лоджии из раздвижного алюминия? Здесь больше полезная площадь, можно разместить компактную мебель, бельевую сушилку. Створки занимают минимум места, экономят пространство. На балконе из раздвижного алюминия остекление с большим световым проемом. Оно впускает в комнату много света. Такие конструкции можно установить для экономии места на длинных узких балконах, например при остеклении 5-метровых лоджий.

Рассмотрим подробно плюсы и минусы холодного остекления балкона алюминием.

Теплопроводность металлов в зависимости от температуры

В таблице представлена теплопроводность металлов в зависимости от температуры при отрицательных и положительных температурах (в интервале от -200 до 2400°C).

Таблица теплопроводности металлов содержит значения теплопроводности следующих чистых металлов: алюминий Al, кадмий Cd, натрий Na, серебро Ag, калий K, никель Ni, свинец Pb, кобальт Co, бериллий Be, литий Li, сурьма Sb, висмут Bi, магний Mg, цинк Zn, вольфрам W, олово Sn, уран U, железо Fe, палладий Pd, цирконий Zr, марганец Mn, платина Pt, золото Au, медь Cu, родий Rh, таллий Tl, молибден Mo, тантал Ta, иридий Ir.

Следует отметить, что теплопроводность металлов изменяется в широких пределах и может отличаться в десятки раз в одних и тех же условиях. Например, из приведенных в таблице металлов, наибольшей теплопроводностью обладает такой металл, как серебро Ag — его коэффициент теплопроводности равен 392 Вт/(м·град) при 100°С и это самый теплопроводный металл. Наименьшее значение теплопроводности при этой же температуре соответствует металлу висмут Bi с теплопроводностью всего 7,7 Вт/(м·град).

Теплопроводность большинства металлов при нагревании снижается. Их максимальная теплопроводность достигается при низких отрицательных температурах. Например, при температуре минус 100°С серебро имеет теплопроводность 419,8, а висмут — 11,9 Вт/(м·град).

Примечание: В таблице теплопроводности также даны значения теплопроводности металлов сверх-высокой чистоты (до 99,999%). Значение коэффициента теплопроводности в таблице указано в размерности Вт/(м·град).

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

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.

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.

Применение

кухонная посуда с различными свойствами;
оборудование для пайки труб;
утюги;
подшипники качения и скольжения;
сантехническое оборудование для подогрева воды;
приборы отопления.

Рейтинг: 5/5 — 1 голосов