Какой металл лучше передает тепло: Какой металл лучше передает тепло?

alexxlab | 15.06.1989 | 0 | Разное

Содержание

Что лучше отводит тепло медь или алюминий

Содержание

Как это работает
Устройство радиатора
Преимущества и недостатки медных устройств
Плюсы и минусы алюминиевых радиаторов
На чём остановить свой выбор
- Производители
Что такое теплопроводность
- Показатели для стали
Влияние концентрации углерода
Значение в быту и производстве
Принцип работы отопителя
Устройство
Медный радиатор печки
- Недостатки
Алюминиевый радиатор
- Недостатки

Когда отопительная система автомобиля выходит из строя, распространённой причиной проблем оказывается неисправный радиатор печки. Потому возникает острая необходимость заменить этот элемент на своей машине. Сама процедура смены элемента печки может отличаться в зависимости от конструктивных особенностей автомобиля. Но ключевым вопросом здесь является правильный выбор. Основной спор ведётся по поводу алюминиевых и медных изделий. Не всегда удаётся дать однозначный ответ на то, какие из радиаторов лучше – алюминиевые или медные. Для этого нужно изучить их особенности, сильные и слабые стороны. Это позволит дать объективную оценку устройствам и понять, есть ли среди них очевидный лидер.

Рекомендации по выбору радиатора.

Как это работает

Для начала нужно понять, как функционируют радиаторы отопителя на вашем автомобиле. Тепло внутрь салона поступает от работающего двигателя. Это своего рода побочный эффект от работы силового агрегата. Он выделяет тепло, которое инженеры научились использовать на благо человека, то есть обогревать им внутреннее пространство машины. Само тепло создаётся в результате сгорания топливовоздушной смеси и трения между поверхностями элементов двигателя. Чтобы отвести это тепло от нагретых компонентов мотора, в его конструкции предусмотрена система охлаждения. Одной из её функций является обогрев салона автомобиля.

Отсюда следует логичный вывод. Чем сильнее нагрет мотор, тем теплее может быть внутри салона. Охлаждающая жидкость становится горячей, отбирая тепло у двигателя, и переходит в радиатор отопителя. Здесь уже в работу вступает вентилятор, который пускает воздух через нагретый радиатор и распространяет его по автомобилю. Если быть точнее, то по салону. Водитель и пассажиры могут регулировать температуру подаваемого горячего воздуха с помощью дефлекторов и крана, которые расположены на магистрали между силовым агрегатом машины и самой печкой. Это самая простая арматура запорного типа, которая имеет механический или электрический тип привода. С её помощью регулируется количество жидкости охлаждения, проходящей через отопительную систему.

Если поднять температуру на блоке управления, кран будет открыт сильнее. При уменьшении температуры происходит обратный эффект. Его функциональность напрямую влияет на работу печки машины. Если система не сможет обеспечивать полный проход для жидкости охлаждения, нагретой двигателем, тогда водителю и пассажирам будет холодно. Большую роль играет температура на улице. В случае исправного и хорошо работающего отопителя, даже он не сможет максимально сильно прогревать салон, если внешняя температура окажется на очень низком уровне. Чем холоднее снаружи, тем сложнее печке прогревать салон.

Устройство радиатора

Важно учитывать, что на автомобиле предусмотрено сразу два радиатора. Один из них входит в отопительную систему и во многом похож на старшего брата, установленного в системе охлаждения. Функции у них также похожие. Только охладительный радиатор в основном передаёт отобранное тепло в атмосферу, а маленький (отопительный) предназначен для салона. Оба устройства предусматривают наличие 2 бачков, соединённых трубками друг с другом. К ним монтируют пластины, необходимые для увеличения охлаждаемой площади. Чем больше пластин будет иметь устройство, тем выше у него окажется показатель теплоотдачи.

Потому при выборе нового отопительного радиатора следует обязательно обращать своё внимание на количество присутствующих пластин. Если их плотность высокая, тогда и теплоотдача окажется на высоком уровне. Главным отличием между ними является материал изготовления. Выбор в пользу медного или алюминиевого варианта не такой однозначный. Следует детально изучать характеристики и особенности двух вариантов, чтобы понять, на каком из них будет лучше остановиться в каждом конкретном случае.

Преимущества и недостатки медных устройств

Начнём с медных. Их многие называют более предпочтительным выбором, поскольку они обладают лучшими техническими характеристиками. Но и недостатки здесь также присутствуют. Начнём с достоинств. К таковым можно отнести:

Теплопроводность. Это один из главных аргументов, который говорит в пользу меди и против алюминия. Медные устройства характеризуются большей теплопроводностью в сравнении с конкурентом. Как вы уже поняли из выше сказанного, чем выше у радиатора теплопроводность, тем выше качество его работы на обогрев салона.
Пригодность к ремонту. Медь – достаточно уникальный материал. Он одновременно лёгкий, но не повреждается в результате небольших ударов и вмятин. Потому его намного проще ремонтировать при возникновении внештатных ситуаций. Опыт автовладельцев наглядно показывает, что в случае образования трещин или повреждений трубок, их легко можно запаять своими руками или обратиться за помощью к специалистам. При подобном ремонте теплопроводность не меняется, а потому частичный выход из строя не заставляет выбрасывать радиатор и покупать на его место новый.

Медный бачок. На медные радиаторы ставят бачки из аналогичного материала. Это считают весомым преимуществом, поскольку такие конструктивные особенности способствуют повышению эксплуатационных характеристик изделия.

Но за такую эффективность и пригодность к ремонту приходится расплачиваться одним объективным недостатком. Он заключается в высокой цене. Если сравнивать оба варианта конструкций, медная заметно превзойдёт по стоимости своего конкурента из алюминия. Потому при выборе у автовладельцев этот вопрос стоит очень остро. Не все готовы отдавать такие деньги, даже несмотря на очевидные преимущества и важнейшие характеристики элемента.

Плюсы и минусы алюминиевых радиаторов

Сравнивая сильные и слабые стороны устройств, можно понять их основные отличия. Ведь разница между медным и алюминиевым радиаторами заключается в их основных характеристиках. То, что у одного считается объективным достоинством, для другого оказывается серьёзным недостатком. Просто посмотрите на плюсы минусы алюминиевых изделий, и вы поймёте, в чём разница между ними.

Начнём с положительных сторон алюминия, как материала для изготовления радиаторов печки автомобиля.

Цена. Если у медных радиаторов стоимость относилась к недостаткам, то здесь это серьёзное преимущество. Если сравнивать ценники на оба изделия, алюминиевые будут выигрывать примерно в 2 раза. Многое зависит от производителя, но всё же разница в стоимости остаётся существенной. Покупатель может значительно сэкономить. Из-за этого в основном у алюминиевых агрегатов такая большая аудитория.
Теплоотдача. При условии, что количество пластин будет увеличено, то есть площадь охлаждения станет больше, алюминий мало чем уступит меди по показателям теплоотдачи. Потому в этом компоненте они практически одинаковые. Но напомним, что алюминиевые стоят дешевле.
Ассортимент. Огромная доля современных машин, которые выпускаются последние несколько лет, с завода комплектуются именно алюминиевыми агрегатами. Из-за этого растёт количество их аналогов и оригинальных запчастей, предлагаемых разными производителями. У медных версий выбор более скромный.

С преимуществами закончили. Переходим к обратной стороне медали. У алюминия не всё так хорошо. Озвученные преимущества не поддаются сомнению. Но всё же выбор в пользу меди автомобилисты делают после того, как изучат основные недостатки рассматриваемого варианта конструкции.

Потому на минусы следует обязательно указать. Это наглядно показывает различия между элементами. К основным недостаткам относят:

Показатели теплопроводности. Это очень важный недостаток, который буквально перечёркивает все объективные положительные качества устройств. Если водителю нужно получить максимально эффективный радиатор, чтобы отопительная система работала качественно и полноценно прогревала салон, в сторону алюминия он смотреть не будет.
Пригодность к ремонту

Примерно такие выводы можно сделать относительно этих устройств, изготавливаемых из двух разных материалов.

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.

Но если учитывать количество отзывов, уровень продаж и мнение специалистов, тогда в список наиболее предпочтительных производителей медных и алюминиевых радиаторов для систем отопления автомобилей следует включить:

Не пытайтесь сильно сэкономить на подобных устройствах для своей машины. Пусть вы остановились на алюминиевом варианте, который изначально стоит дешевле своего конкурента, но при слишком заниженной цене не ждите высокой эффективности или прочих положительных характеристик. Радиаторы не рассчитаны на весь период эксплуатации автомобиля. Потому этот элемент в какой-то момент обязательно потребуется менять. Большинство специалистов сходятся во мнении, что для импортных и отечественных автомобилей, несмотря на свои недостатки, лучшим решением станет именно алюминиевое устройство. Такие агрегаты способны прослужить свой срок, не создавая лишних проблем в работе отопительной системы.

Запомните, что грязь образуется одинаково в обоих вариантах конструкции. Причём происходит это внутри и снаружи.

С наружной стороны устройство очистить не так сложно. На это потребуется минимум времени и приспособлений. А вот с внутренней частью дела обстоят намного сложнее. Качественно выполнить очистку сложно, не все смогут самостоятельно с этим справиться. При условии, что система охлаждения на двигателе вашего автомобиля чистая, у вас новая машина или недавно проводился капитальный ремонт, медный радиатор печки сможет отлично показать свои самые лучшие качества.

Конечно, если ваша машина рассчитана на использование таких элементов.

Если же вы не знаете, в каком состоянии находится отопительно-охладительная система, не нужно создавать себе дополнительных проблем и тратить лишние деньги. Поставьте хороший алюминиевый радиатор и поменяйте его на такой же через несколько лет эксплуатации. Как показывает практика, подобный выход из ситуации является наиболее эффективным и правильным.

Лучшие цены и условия на покупку новых авто

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

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.

Определяется рассматриваемый показатель при проведении испытаний в различных условиях. Как ранее было отмечено, коэффициент проводимости тепла может зависеть от температуры эксплуатации. Поэтому в таблицах указывается несколько его значений.

Многие задаются вопросом: какой радиатор печки лучше – медный или алюминиевый? Здесь не может быть однозначного ответа, каждый имеет свои недостатки и свои преимущества.

Принцип работы отопителя

Чтобы сделать правильный выбор, нужно знать принцип работы системы отопления в автомобиле.

Тепло в салон автомобиля попадает от двигателя, это побочный эффект от его работы. Тепло образуется в результате сгорания топлива и от трущихся поверхностей. Для отвода тепла от сильно нагретых деталей двигатель оборудован системой охлаждения, составной частью которой является отопление салона. Поэтому чем сильнее нагревается мотор, тем лучше отопление. Горячая охлаждающая жидкость подаётся в радиатор отопителя, а вентилятор, пропуская воздух через него, рассеивает тепло по всему салону.

Температура выходящего из дефлекторов воздуха регулируется краном, расположенным на магистрали между мотором и печкой. Это обычная запорная арматура с механическим или электрическим приводом, она регулирует количество охлаждающей жидкости, которая пройдёт через отопитель (увеличивая температуру на блоке управления, кран открывается больше, уменьшая температуру, он закрывается). От его работы очень сильно зависит то, как будет работать печка. Если он неправильно работает (не полностью открывает проход для жидкости), то в салоне будет холодно.

Также немаловажным фактором является температура «за бортом», даже хорошо работающий отопитель в холодную погоду будет греть немного хуже, поскольку жидкость недостаточно нагревается, из-за этого отопление становится недостаточным. Большое влияние оказывает термостат: если он работает некорректно, то какой радиатор не ставь, а из дефлекторов будет дуть холодным. Для начала нужно проверить исправность работы всей системы в целом, а потом задумываться о замене.

Устройство

Радиатор системы отопления схож со своим старшим братом из системы охлаждения. И функции у них схожи, только большой отдаёт тепло в атмосферу, а малый в салон. Оба имеют в своей конструкции два бачка, которые соединены между собой трубками. К трубкам посредством пайки крепятся пластины, увеличивающие площадь охлаждения (чем больше пластин, тем больше теплоотдача). Поэтому при выборе нужно обращать особое внимание на количество пластин. Сделать это можно, поставив оба экземпляра вместе и визуально осмотрев плотность пластин. У какого радиатора плотность больше, у того и теплоотдача выше. К одному из бачков прикреплены патрубки входа и выхода жидкости. Некоторые модели оборудуются местами для крепления к автомобилю.

Медный радиатор печки

Медь обладает большей теплопроводностью, нежели алюминий. А с увеличением теплопроводности улучшается отопление.
Ремонтопригодность. Медь мягкая и не повреждается из-за незначительных вмятин. Даже при появлении трещин лопнувшие трубки можно запаять, оставив теплопроводность неизменной.
Медный радиатор оборудован бачком из такого же материала, что значительно улучшает его эксплуатационные характеристики.

Недостатки

Недостаток у данного типа только один – это его цена.

Алюминиевый радиатор

Первым и самым главным преимуществом будет его цена. Она меньше, чем у его медного собрата почти в два раза.
При увеличенном количестве пластин (увеличенной площади охлаждения) теплоотдача будет меньше, чем у медного, но уже не так значительно.
Распространённость на рынке новых автомобилей. Автомобили последних лет выпуска, производимые в нашей стране, оборудованы алюминиевыми радиаторами.

Недостатки

Маленькая теплопроводность материала – самый большой минус.
Неремонтопригодность: при повреждениях трубок их невозможно запаять, и приходится менять весь узел. А пластмассовый бачок можно повредить малейшим ударом. Некоторые экземпляры могут быть с трещиной бачка уже из коробки. Есть «умельцы», которые меняют бачки, но это ненадёжно, и есть большая вероятность выхода из строя всей печки.
Подверженность коррозии. Алюминий больше подвержен образованию коррозии, что приводит к ухудшенной теплоотдаче и образованию подтёков и выходу из строя всей системы отопления салона.

Резюмируя всё выше перечисленное, можно сказать, что забиваются грязью оба вида одинаково, как изнутри, так и снаружи. И если снаружи устройство промыть есть возможность, то внутри сделать это качественно проблематично. И если система охлаждения вашего мотора чистая (делался капитальный ремонт двигателя, либо новый автомобиль), то лучше подобрать медный вариант, если это возможно сделать для вашей модели. Ну а если состояние водяной рубашки неизвестно, лучше взять алюминиевый и заменить его через несколько сезонов таким же дешёвым вариантом.

Теплообмен

Теплообмен — это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
Теплообмен всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.
Когда температуры тел выравниваются, теплообмен прекращается.
Теплообмен может осуществляться тремя способами:

теплопроводностью
конвекцией
излучением

Теплопроводность

Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды.
При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.
Нагревание кастрюли на электрической плитке происходит через теплопроводность.
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.
Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.
Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность.
Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.
Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.
Теплопроводность у различных веществ различна.
Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.

Конвекция

Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.
Пример явления конвекции: небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться. Это явление можно объяснить таким образом. Воздух, соприкасаясь с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, которая действует на теплый воздух. В результате нагретый воздух «всплывает», поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.
При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.
Различают два вида конвекции:

естественная (или свободная)

Возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется.

вынужденная

Наблюдается при перемешивании жидкости мешалкой, ложкой, насосом и т. д.
Для того, чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу.
Конвекция в твердых телах происходить не может.

Излучение

Излучение — электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, находящимся при определенной температуре.
Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно черного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.
Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.
Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи: она может осуществляться в полном вакууме.
Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например тело человека, печь, электрическая лампочка и др. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передает оно путем излучения. При этом энергия частично поглощается этими телами, а частично отражается. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.
Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность. В то же время тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше сохраняет высокую температуру, чем в темном.

Другие заметки по физике

Материал не проводящий тепло – Строй журнал lesa-sevastopol.ru

Рейтинг статьи

Загрузка…

Создан материал, который проводит электричество, но не нагревается

Хорошо известно, что различного рода металлы, способные проводить электричество, в то же время довольно сильно нагреваются. Это обусловлено целым рядом химических и физических свойств материалов, но электро- и теплопроводность почти всегда «идут рука об руку». Однако, как мы знаем, в нашем мире нет ничего ничего не возможного. Например, как передает редакция издания Sciencealert, группа исследователей из лаборатории Университета Беркли (США) смогла создать металл, который отлично проводит электричество, но при это не нагревается.

Создан материал, нарушающий физические законы?

Какой металл обладает уникальными свойствами?

Как сообщают ученые, новый металл (а точнее соединение металла), что проводит электричество, не проводя тепла бросает вызов нашему нынешнему пониманию того, как работают проводники. Так как само его наличие противоречит тому, что называется законом Видемана-Франца. Если не вдаваться в подробности, то данный физический закон утверждает, что хорошие проводники электричества также будут пропорционально хорошими проводниками тепла. Этим объясняется, например, то, что приборы, использующие для своей работы электричество, со временем нагреваются. Но не будем больше оттягивать интригу. Команда ученых из США показала, что данное явление не наблюдается в оксиде ванадия, который обладает странной способностью «переключаться» с материала, являющегося изолятором, на проводящий металл при температуре 67 градусов Цельсия.

Это было совершенно неожиданное открытие, — сказал ведущий исследователь Джункуао Ву из отдела материаловедения Лаборатории Беркли. Это открытие имеет фундаментальное значение для понимания основного принципа работы новых проводников. Новое неожиданное свойство не только изменяет то, что мы знаем о проводниках, но и может быть невероятно полезным. Например, металл однажды может быть использован для преобразования отработанного тепла от двигателей и приборов обратно в электричество.

Так что никаких физических законов оксид ванадия не нарушает. Стоит заметить, что исследователи уже знали о нескольких других материалах, которые проводят электричество лучше, чем тепло, но они проявляют эти свойства только при температурах ниже нуля, что делает их крайне непрактичными для применения в реальной жизни. Оксид ванадия, с другой стороны, обычно является только проводником электричества при плюсовых температурах выше комнатной температуры, что означает, что он имеет быть намного более практичным. Чтобы открыть это странное свойство, команда изучила, как электроны движутся в кристаллической решетке оксида ванадия, а также то, сколько тепла в этот момент генерируется.

Удивительно, но они обнаружили, что теплопроводность, которую можно было бы приписать электронам в материале, была в 10 раз меньше той величины, которая предсказывалась законом Видемана-Франца. Причина этого, по-видимому, заключается в способе перемещения электронов через материал.

Электроны двигаются синхронно друг с другом. Как жидкость, а не как отдельные частицы, что наблюдается в обычных металлах. Для электронов теплопроводность — это случайное движение. Обычные металлы переносят тепло эффективно, потому что существует много различных возможных микроскопических конфигураций поведения электронов и они могут хаотично перемещаться. А вот скоординированное движение электронов в диоксиде ванадия наносит ущерб теплопередаче, поскольку существует меньше «возможностей для движения». При этом электропроводность в данном случае не страдает.

Интересно, что когда исследователи смешали оксид ванадия с другими металлами, они смогли «настроить» количество электричества и тепла, которое он может проводить, что может быть невероятно полезно для будущих применений. Например, когда эксперты добавили металл под названием вольфрам к оксиду ванадия, они сделали его лучшим теплопроводником. Хотите узнать больше новостей из мира высоких технологий? Подписывайтесь на нас в Яндекс.Дзен.

Настраивая таким образом теплопроводность, материал может эффективно применяться для автоматического рассеивания тепла в жаркое лето, потому что он будет иметь высокую теплопроводность, но предотвращать его потерю в холодную зиму из-за низкой теплопроводности при более низких температурах.

Создан материал, который проводит электричество, но не нагревается

Создан материал, нарушающий физические законы?

Какой металл обладает уникальными свойствами?

Материалы с плохой теплопроводностью.

Теплоизоляционными, называют материалы, обладающие небольшой теплопроводностью и использующиеся для технической изоляции (например, труб отопления), изоляции зданий и защиты от нагрева (изоляция рефрижераторов и холодильных камер).

Перенос тепла осуществляется на основе трех физических процессов: излучения, теплопроводности и конвекции. Конвекция присуща жидкостям, газам и сыпучим веществам и осуществляется за счет переноса вещества (горячий воздух и вода всегда поднимаются вверх, а холодные опускаются вниз, за счет чего идет постоянное перемешивание и равномерный нагрев вещества). Излучение переносит тепло посредством лучистой энергии, по этому принципу солнце нагревает предметы и на нем же работают ИК-обогреватели. Но нас интересует третий тип процессов — теплопроводность. В этом случае нагревание происходит за счет движения молекул.

Хуже всего проводит тепло вакуум, но на Земле его применение сильно затруднено. Поэтому в качестве изолятора используют сухой воздух. Его теплопроводность в 25 раз ниже, нежели у воды. Следовательно, основные качества изоляционных утеплителей, которые нас интересуют — пористость (больше — лучше) и влагостойкость. Чем выше эти значения, тем эффективнее теплоизоляция. Но важны и такие качества как огнестойкость, плотность, паропроницаемость и морозостойкость.

Стекловата — производится из кварцевого песка и выпускается в рулонах, скорлупках и плитах. Она плохо поглощает и удерживает влагу, не горит, обладает звукоизоляционными свойствами, выдерживает множество циклов нагревания/заморозки, в связи с чем, используется как изолятор для кровли. Недостатки: необходима паро- и гидроизоляция, теплостойкость не выше 450 градусов.

Минеральная вата — представляет собой волокнистый утеплитель, для производства которого применяют какое-либо минеральное сырье (чаще всего базальты, доломиты или мергели). Характеристики — те же что и у стекловаты. От описанных выше изделий базальтовая вата отличается значительно более высокой теплостойкостью, из-за чего часто используется как изолятор для труб отопления. Кроме того, она является основанием для изготовления минеральных плит таких марок утеплителей минплита П-125, Изоруф, Изолайт и других.

Целлюлозная вата — материал, состоящий на 80 из древесного волокна, на 13% из борной кислоты и на 7% из антисептика. Укладывается мокрым и сухим способом. В первом случае она выдувается при помощи специального оборудования, во втором просто насыпается и трамбуется. Из достоинств: возможность заполнения любых полостей и пустот, невысокая цена, отсутствие мостиков холода. Однако он горючий и гораздо более трудоемок в укладке.

Газонаполненные виды бетона (газобетон, пенобетон) или бетон на основе легких наполнителей (керамзит, полистирол, перлит). Существенно уступают описанным материалам по уровню теплоизоляции, однако обладают лучшими звукоизоляционными свойствами и могут применяться в качестве строительных блоков.

Засыпная теплоизоляция, осуществляемая при использовании керамзита или перлита, обладает высокой прочностью и морозостойкостью, однако может давать усадку и хорошо поглощает влагу. Практически не используется в современном строительстве.

ДСП и ДВП. Используют в основном как облицовку для каркасных перегородок и потолков. ДСП может применяться как основание для настилки какого-либо полового покрытия (линолеум, ламинат, ковролин, паркет и пр.). Деревоплита относительно не дорогая и широко распространена, однако неустойчива к воздействию влаги и высоких температур, а также нуждается в защите от грызунов и прочих вредителей.

Пробка — экологически чистый материал, не подвержен гниению и горению, не дает усадки и удобен в работе.

Пенополистирол — производят методом экструзии, благодаря чему изделие не пропускает воду и воздух. Довольно прочный, плохо поглощает воду, имеет одно из самых низких значений теплопроводности, нетоксичен, инертен. Среди недостатков — горючесть и плохая воздухопроницаемость.

Отражающая теплоизоляция — основа из вспененного полиэтилена, с одной стороны покрыта алюминиевой фольгой. Принцип работы несколько иной, нежели у описанных выше материалов. Обычно такой тип теплоизоляции размещают позади труб отопления, чтобы предотвратить чрезмерное поглощение тепловой энергии стенами помещения и удержать тепло внутри помещения. Также применяется в качестве теплоизолятора для бань, саун и холодильных камер. Выбор конкретного типа изолятора зависит от условий его эксплуатации (в доме или на улице), экономических возможностей и навыков работы с тем или иным типом материала.

Лучшие теплоизоляционные материалы: виды и свойства

Чтобы защитить жилье от теплопотерь и повышенной влажности, его покрывают различными типами утеплителей. Выбрать лучший из них очень сложно, ведь у каждого изделия собственные уникальные свойства и область применения. Теплоизоляционные материалы, которые применяются в современном строительстве, с одной стороны экологичны, с другой – удобны в монтаже. Изучив основные виды утеплителей, можно выбрать лучший теплоизоляционный материал, отвечающий именно вашим потребностям.

Основные виды утеплителей

Современные теплоизоляционные материалы для применения в строительстве и ремонте делятся на множество разновидностей: промышленные и бытовые, природные и искусственные, гибкие и жесткие теплоизоляционные материалы и т.д.

К примеру, по форме современная теплоизоляция разделяется на такие образцы, как:

По структуре отличают следующие типы термоизоляции со своей уникальной особенностью:

По виду сырья выделяют такие изделия различного класса качества:

Органические, природные или натуральные утеплители — это пробковая кора, целлюлозная вата, пенополистирол, древесное волокно, пенопласт, бумажные гранулы, торф. Эти виды строительных теплоизоляционных материалов применяются исключительно внутри помещения, чтобы минимизировать высокую влажность. Однако природные строительные термоизоляторы не огнеупорны.
Неорганические теплоизоляционные материалы — горные породы, стекловолокно, пеностекло, минераловатные утеплители, вспененный каучук, ячеистые бетоны, каменная вата, базальтовое волокно. Хороший изолятор тепла из данной категории отличается высокой степенью паропроницаемости и огнестойкости. Особенно эффективно утепление изделием с гидрофобизирующими добавками.
Смешанные — перлит, асбест, вермикулит и другие утеплители из вспененных горных пород. Отличаются наилучшим качеством и, разумеется, повышенной стоимостью. Это самые дорогие марки лучших теплоизоляционных материалов. Поэтому таким утеплителем покрывают помещения намного реже, чем более экономными материалами.

Если нужно сделать термическую изоляцию трубопровода в стене, то для этого применяются специальные «рукава» повышенной плотности.

Определение лучшего изделия зависит не только от цены. Их выбирают по качественным характеристикам, эргономичным свойствам и экологичности.

10 лучших теплоизоляционных материалов

Рассмотрим основные свойства лучших изоляторов тепла, которые применяются в современном строительстве и ремонте:

Минеральная вата. Под этим названием понимают все гибкие волокнистые теплоизоляционные материалы, которые изготавливают из минерального сырья. Минераловатные утеплители относят к высокопористым материалам, благодаря чему прекрасно справляются со своими функциями, поэтому и являются очень популярными.

Кроме того, у минеральной ваты много других достоинств:

доступная цена, благодаря простоте производства и низкой стоимости сырья;
легкость и удобство монтажа;
высокая степень огнеустойчивости;
хорошо пропускает воздух;
не пропускает воду и влагу;
морозостойкость;
шумоизоляция;
долгий срок службы.

К минусам этого изделия можно отнести необходимость монтажа гидроизоляционной пленки при установке, а также небольшой запас прочности.

Стекловата и базальтовые плиты. Как и обычное стекло, это изделие делают из кварцевого песка, извести и соды. Стекловату производят и как гибкие рулонные теплоизоляционные материалы, так и в виде цилиндра или плиты. Положительные свойства такие же, как и у минеральной ваты, но шумопроводность и запас прочности намного больше, а вот термоустойчивость ниже.

Базальтовая плита – это подвид стекловаты, который обладает такими положительными качествами, как:

устойчивость к деформирующим воздействиям;
долговечность;
высокая степень прочности;
низкие показатели поглощения влаги;
устойчивость к воздействию высоких температур.

Применяются базальтовые плиты, как правило, снаружи для защиты фасадов, фундамента, кровли.

Пеностекло. Данный утеплитель делают посредством газификации стеклянного порошка при большой температуре. В результате получается материал с пористостью до 95 %.

Главные достоинства пеностекла:

водо- и морозостойкость;
простота обработки при монтаже;
высокая прочность;
огнеупорность;
долгий срок службы;
биологическая устойчивость;
химическая нейтральность.

Разумеется, имеются и недостатки – высокая цена и воздухонепроницаемость, поэтому данный материал используют, в основном, для теплоизоляции промышленных зданий.

Целлюлозная вата имеет мелкозернистую структуру и состоит из нескольких компонентов: древесное волокно — 80 %, антипирен— 12 %, тетраборат натрия — 7 %. Данное изделие можно укладывать сухим и мокрым методом. В первом случае целлюлозную вату просто засыпаю и утрамбовывают, а вот втором — ее выдувают из специального пистолета.

Эковата облает такими преимуществами:

невысокая цена;
высокая степень теплоизоляции;
безопасность производства;
влагообмен без потери теплоизолирующих свойств.

Однако такой материал хорошо горит, легко повреждается при сжатии, а укладывать его очень непросто.

Пенопласт и пенополистирол. К данным материалам относятся два вида изделий – термопластичные и термонепластичные утеплители. Первые при повторном нагревании размягчаются (пенополистирол, пенополивинилхлорид), а вторые – отвердевают изначально и не размягчаются при повторном нагреве (пенополиуретан, кремниевые, эпоксидные, органические, фенолформальдегидны смолы).

Экструдированный полистирол – самый популярный из пенопластов, так как обладает массой достоинств:

низкая степень влагопоглощения;
высокая степень теплоизоляции;
морозоустойчивость;
большой запас прочности;
простота укладки;
низкая стоимость.

К минусам можно отнести горючесть, не пропускание воздуха и хрупкость при замерзании (если мороз ударил по мокрому пенопласту).

Пенополиуретан. Это изделие состоит из микрокапсул, заполненных воздухом, которые образуются в результате взаимодействия полиола и изоционата.

Среди преимуществ пенополиуретана можно выделить:

идеально подходит для теплоизоляции неровных поверхностей;
быстрота укладки;
эластичность и гибкость;
отсутствие стыков и швов;
защищает от температур в диапазоне от -250 °С до +180 °С;
устойчивость к биологическому воздействию.

Недостатками можно назвать выделение вредных веществ в случае горения, не пропускание воздушных потоков и необходимость использование специального оборудования для задувки при монтаже.

Пробка. Этот материал относят к экологически чистому изделию, поэтому она очень популярна на Западе и в европейских странах, как для утепления, так и для отделки поверхностей. Для утепления применяются пробковые плиты с толщиной до 5 см.

Пробка обладает такими положительными качествами, как:

не усаживается с течением времени;
не поддается гниению;
легкая по весу;
быстро и просто резать при укладке;
высокая прочность;
экологичность;
долговечность;
не вступает в реакцию с химическими веществами;
не горит даже при воздействии прямого огня;
не выделяет вредных веществ при воздействии высоких температур.

Однако максимальная температура использования – всего 120 °С.

Жидкая изоляция ТСМ Керамик. Этот утеплитель является одним из самых современных теплосберегающих материалов. В составе данного раствора – особые примеси с пустотелыми керамическими шариками, которые сцепляются друг с другом при помощи специальных веществ.

ТСМ Керамик обладает такими уникальными свойствами, как:

высокая степень растяжимости;
толщина изолятора всего 2-3 мм;
легко наносится на любую поверхность;
низкая теплопроводность;
устойчивость к низким и высоким температурам, в том числе к открытому пламени;
экономное применение – 1 литра ТСМ Керамик хватает для утепления двух квадратных метров поверхности.

При этом на напыление необходимо специальное оборудование, типа распылителя для краски или лоток и валик.

Рефлекторные теплоизоляционные материалы. Особая группа теплоизоляционных материалов, которая действует по принципу отражателей: рефлекторы сначала поглощают тепло, а потом возвращают его обратно в пространство. Внешняя поверхность из полированного алюминия, которая наносится на вспененный полиэтилен, отражает до 97% тепла.

Такие утеплители, очень тонкие на вид, поражают своими свойствами:

2 см рефлекторного материала выполняет функцию волокнистого изолятора тепла толщиной 15-20 см;
высокая звуко- и пароизоляционная защита.

Самые популярные марки в данной категории – Пориплекс, Экофол, Армофол и Пенофол.

Шлаковата. Стекловидный теплосберегатель из доменного шлака, который остается после выплавки чугуна. Поскольку шлак – отходы производства, то себестоимость материала очень низкая. Шлаковата прекрасно удерживает тепло в здании, но у этого утеплителя также есть и недостатки.

Прежде всего, это боязнь воды и влаги, вступает в реакцию с металлическими вставками внутри стен или пола. Кроме того, шлаковата ужасно колется при укладке, поэтому при проведении работ по монтажу нужна обязательная защита.

Однако, несмотря на множество недостатков, низкая цена этого утеплителя делает его одним из самых популярных современных материалов для теплоизоляции.

На какие параметры обращать внимание при выборе?

Выбор качественной теплоизоляции зависит от множества параметров. Берутся во внимание и способы монтажа, и стоимость, и другие важные характеристики, на которых стоит остановиться подробнее.

Выбирая самый лучший теплосберегающий материал, необходимо тщательно изучить его основные характеристики:

Теплопроводность. Данный коэффициент равен количеству теплоты, которое за 1 ч пройдет сквозь 1 м изолятора площадью 1 м2, измеряется Вт. Показатель теплопроводности напрямую зависит от степени влажности поверхности, поскольку вода пропускает тепло лучше воздуха, то есть сырой материал со своими задачами не справится.
Пористость. Это доля пор во всеобщем объеме теплоизолятора. Поры могут быть открытыми и закрытыми, крупными и мелкими. При выборе важна равномерность их распределения и вид.
Водопоглощение. Этот параметр показывает количество воды, которое может впитать и удержать в порах теплоизолятор при прямом контакте с влажной средой. Для улучшения этой характеристики материал подвергают гидрофобизации.
Плотность теплоизоляционных материалов. Данный показатель измеряется в кг/м3. Плотность показывает соотношение массы и объема изделия.
Влажность. Показывает объем влаги в утеплителе. Сорбционная влажность указывает на равновесие гигроскопической влажности в условиях разных температурных показателей и относительной влажности воздуха.
Паропроницаемость. Это свойство показывает количество водяного пара, проходящее за один час через 1 м2 утеплителя. Единица измерения пара – мг, а температура воздуха внутри и снаружи принимается за одинаковую.
Устойчивость к био разложению. Теплоизолятор с высокой степенью биостойкости может противостоять воздействию насекомых, микроорганизмов, грибков и в условиях повышенной влажности.
Прочность. Данный параметр свидетельствует о том, какое влияние на изделие окажет транспортировка, хранение, укладка и эксплуатация. Хороший показатель находится в пределах от 0,2 до 2,5 МПа.
Огнеустойчивость. Здесь учитываются все параметры пожарной безопасности: воспламеняемость материала, его горючесть, дымообразующая способность, а также степень токсичности продуктов горения. Так, чем дольше утеплитель противостоит пламени, тем выше его параметр огнестойкости.
Термоустойчивость. Способность материала сопротивляться воздействию температур. Показатель демонстрирует уровень температуры, после достижения которой у материала изменятся характеристики, структура, а также уменьшится его прочность.
Удельная теплоемкость. Измеряется в кДж/(кг х °С) и тем самым демонстрирует количество теплоты, которое аккумулируется слоем теплоизоляции.
Морозоустойчивость. Данный параметр показывает возможность материала переносить изменения температуры, замерзать и оттаивать без потери основных характеристик.

Во время выбора теплоизоляции нужно помнить о целом спектре факторов. Надо учитывать основные параметры утепляемого объекта, условия использования и так далее. Универсальных материалов не существует, так как среди представляемых рынком панелей, сыпучих смесей и жидкостей нужно выбрать наиболее подходящий для конкретного случая тип теплоизоляции.

голоса

Рейтинг статьи

Оценка статьи:

Загрузка…

Adblock
detector

Металл проводит тепло? (Подробное объяснение)

Металлы относятся к классу веществ, которые, как известно, обладают высокой пластичностью и ковкостью. Около трех четвертей всех открытых химических элементов составляют металлы. Алюминий, натрий, кальций, железо, калий и магний в изобилии встречаются в земной коре.

Большинство металлов содержится в рудах. Но такие металлы, как серебро, платина, золото и медь, доступны в свободном состоянии. Это связано с тем, что эти элементы не вступают в реакцию с другими химическими элементами.

В этой статье мы ответим на все вопросы, связанные с теплопроводностью металла.

Итак, металл проводит тепло? Да. Металлы проводят тепло. На самом деле, они известны как отличные проводники тепла. Это связано с тем, что электроны, присутствующие в металлической структуре, свободно перемещаются. Эти электроны облегчают перенос тепла от одного конца к другому.

Большинство металлов имеют одинаковую плотность электронов. Таким образом, фактором, определяющим, насколько хорошо металл будет проводить тепло, является легкость, с которой могут двигаться электроны.

В чистых металлах, таких как медь, электроны превосходят сотни атомов, прежде чем столкнутся с одним из них, что приведет к изменению его направления.

В то время как в сплавах электроны проходят только через несколько атомов, прежде чем столкнуться с одним из них и изменить его направление.

Почему металл проводит тепло?

Структура металла состоит из идеально ориентированных катионов (положительных ионов) и делокализованных электронов.

Делокализованные электроны могут передавать энергию с большей скоростью. Электроны свободно перемещаются и проводят тепло. Теплопроводность возникает при нагревании металла.

Нагрев приводит к тому, что электроны внутри металлической структуры приобретают энергию и начинают вибрировать.

Эти заряженные электроны сталкиваются с соседними электронами и передают им свою энергию. Эта передача энергии продолжается до тех пор, пока тепло не перейдет от горячего конца к холодному.

Как тепло передается через металл?

Тепло может передаваться из одного места в другое тремя различными способами: излучением, конвекцией и теплопроводностью.

Когда между двумя системами существует разница температур, тепло будет передаваться из области с высокой температурой в область с низкой температурой до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Теплопроводность – это передача тепла между веществами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Она требует материи как среды.

Теплопроводность через металл возникает при нагревании металла. Нагрев снабжает металл внешней энергией и заставляет электроны быстро двигаться и сталкиваться с соседними электронами.

Это приводит к передаче тепла через металл. Чем лучше проводник, тем быстрее будет передаваться тепло.

Какие факторы определяют теплопроводность материала?

Факторы, определяющие теплопроводность материала, следующие:

Свободные электроны

Материалы в твердом состоянии содержат больше свободных электронов, чем материалы в жидком или газообразном состоянии.

Металлы имеют наибольшее количество свободных электронов и плотно упакованную структуру кристаллической решетки.

Чистота материала

Чистые материалы имеют лучшую теплопроводность, чем легированные. Это происходит из-за легирования металлов, что приводит к добавлению примесей в металлическую структуру.

Это вызывает снижение его теплопроводности. Например, теплопроводность чистой меди составляет 385 Вт/мК. В то время как медь, легированная мышьяком, составляет 142 Вт/мК.

Влияние формовки

На теплопроводность металла может отрицательно повлиять ковка, гибка и волочение в тонкую проволоку.

Термическая обработка также может использовать способность материала проводить тепло.

Высокая температура

В твердых телах при экстремально высоких температурах вибрация кристаллической решетки увеличивается, а движение свободных электронов уменьшается.

Таким образом, теплопроводность металла снижается при значительном повышении температуры.

В газах при высоких температурах теплопроводность увеличивается. Это связано с тем, что удельная теплоемкость и средняя скорость движения газов увеличиваются при высоких температурах.

В жидкостях при высоких температурах теплопроводность уменьшается. Это связано с тем, что теплопроводность жидкости прямо пропорциональна ее плотности.

Плотность жидкости уменьшается при высоких температурах. Следовательно, его теплопроводность также снижается.

Плотность

Теплопроводность материала прямо пропорциональна его плотности. Увеличение плотности вызовет увеличение теплопроводности материала.

Кристаллическая структура

Материалы с правильной кристаллической структурой обладают лучшей теплопроводностью, чем материалы в их аморфной форме.

Какие факторы определяют скорость теплопроводности?

Скорость теплопроводности зависит от четырех факторов:

Градиент температуры

Градиент температуры определяет направление и скорость изменения температуры в системе. Это физическая величина.

Когда разница температур между двумя системами больше, теплопроводность происходит быстрее, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. Но скорость теплопроводности уменьшается, когда разница температур меньше.

Поперечное сечение материала

Размер материала также играет ключевую роль в определении коэффициента теплопроводности.

Чем больше размер, тем больше требуется тепловой энергии, а теплопроводность занимает больше времени. Меньшие площади поперечного сечения позволяют передавать тепло с гораздо большей скоростью.

Длина пути

Длина пути — это расстояние между двумя точками системы.

Чем меньше расстояние, тем быстрее будет проводимость и будет меньше потерь тепла.

Физические свойства материала

В металлах достаточно электронов для осуществления теплопередачи. Но у неметаллов нет свободных электронов. Следовательно, они известны как плохие проводники тепла или изоляторы.

Проводят ли щелочные металлы тепло?

Щелочные металлы представляют собой химические элементы, которые входят в группу 1 периодической таблицы.

Они состоят из лития, натрия, калия, рубидия, цезия и франция. Эти элементы образуют щелочи (сильные основания) при взаимодействии с водой. Это дало название группе.

Щелочные металлы являются отличными проводниками тепла, так как они имеют свободные электроны, которые способствуют передаче тепла от одного конца к другому.

Какой металл лучше всего проводит тепло?

Серебро — отличный проводник тепла. Однако в коммерческих целях медь используется из-за теплопроводности. Это потому, что медь работает как доступная альтернатива серебру.

Теплопроводность серебра составляет 419 Вт/мК, а меди — 386 Вт/мК.

Часто задаваемые вопросы

Какой неметалл проводит тепло?

Неметаллы — это химические элементы, не обладающие пластичностью и пластичностью. Они не имеют правильной кристаллической структуры и лишены блеска. Как правило, все неметаллы являются плохими проводниками тепла и называются изоляторами.

Но графит, источник углерода, является отличным проводником тепла. Следовательно, он используется в производстве железа, где графит подвергается воздействию высоких температур.

Металл лучше проводит тепло, чем неметалл?

Металлы имеют большую плотность, чем неметаллы. Кроме того, у них есть свободные электроны, которых нет у неметаллов. Следовательно, эти факторы делают металлы лучше проводящими тепло, чем неметаллы.

Металл лучше проводит тепло, чем пластик?

Наличие электронов проводимости (свободных электронов) в металлах делает их хорошим проводником тепла. Но в пластмассах отсутствуют электроны проводимости.

Следовательно, они пробуют роль изоляторов. Например, теплопроводность серебра равна 419.Вт/мК, а у пластика — 0,33 Вт/мК.

Металл лучше проводит тепло, чем дерево?

Древесина не имеет такой жесткой структуры, как металл. Он имеет пористое тело, что приводит к потерям тепла при передаче тепла от одного конца к другому.

Теплопроводность древесины 0,12 Вт/мК. Следовательно, металлы лучше проводят тепло, чем дерево.

Металл лучше проводит тепло, чем стекло?

Стекло не имеет упорядоченной кристаллической структуры. Кроме того, в отличие от металлов, у него нет свободных электронов, что способствует теплопроводности.

Теплопроводность стекла составляет 0,130 Вт/мК. Стекло действует как изолятор. Следовательно, металлы проводят тепло лучше, чем стекло.

Какой металл плохо проводит тепло?

Свинец — это металл, но он плохо проводит тепло. Его теплопроводность составляет 35 Вт/мК.

Когда металл проводит тепло?

Металл проводит тепло всякий раз, когда его нагревают. Нагрев обеспечивает его энергией, необходимой для увеличения энергии электронов и позволяет им вибрировать и сталкиваться с соседними электронами.

Это столкновение вызывает передачу тепла между ними, и тепло успешно передается из одного места в другое.

Все ли металлы проводят тепло?

Нет, все металлы не проводят тепло. Такие металлы, как висмут, нержавеющая сталь, хром, титан и свинец, плохо проводят тепло.

Похожие темы, которые вы должны прочитать

Расширяется ли металл при нагревании

Обращаются ли астероиды вокруг Солнца

Цунами против урагана

IS бронзовый магнитный

– биоразлагаемый хлопковой биоразлагаемый

Как выполняются керамика

Имеет ли титан ржавчина

Силиконовая модель Bohr

– конденсация эндотермическая или экзотермическая

. Водоосновайте воду

Заключение

. благодаря наличию свободных электронов. Они имеют правильную структуру, которая позволяет электронам течь от одного конца к другому. Металлы проводят тепло при нагревании от точки с более высокой температурой к точке с более низкой температурой до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.

Серебро и медь являются отличными проводниками тепла, в то время как свинец, хром, висмут, титан и нержавеющая сталь плохо проводят тепло. Неметаллы не имеют регулярной структуры или свободных электронов. Следовательно, они называются изоляторами. Графит здесь исключение.

Является ли металл хорошим теплозащитным экраном?

Категория: Физика Опубликовано: 8 марта 2016 г.

При правильном использовании металл действительно может служить хорошим теплозащитным экраном. В то же время, если металл использовать по-другому, он может выступать в качестве хорошего теплоотвода, противоположного теплозащитному экрану.

Металл может служить как хорошим теплозащитным экраном, так и хорошим теплоотводом, в зависимости от того, как он используется. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд

Существует три способа переноса тепла из одного места в другое: излучением, теплопроводностью и конвекцией. Тепловое излучение состоит из электромагнитных волн, которые излучаются объектами из-за их температуры. Тепловое излучение переносит энергию и, следовательно, переносит тепло. Поскольку тепловое излучение — это форма света, оно распространяется прямолинейно, легко проходит через свободное пространство и легко блокируется материалами. Тепло, которое вы чувствуете, сидя у костра, связано с тепловым излучением, испускаемым огнем. Теплопроводность — это передача тепла между двумя объектами при прямом контакте. Тепло, которое вы чувствуете, когда берете кружку горячего какао, связано с теплопроводностью. Конвекция — это перенос тепла через объемное движение жидкости. Тепло, которое вы чувствуете, когда кладете лицо над кружкой горячего какао, связано с конвекцией.

Ключевым свойством, которое отличает металл, является наличие большого количества электронов, которые фактически свободно перемещаются. Это свойство приводит к тому, что металлы являются хорошими электрическими проводниками, поэтому в электрических цепях так много металла. Это свойство также придает металлам некоторые интересные термические свойства. Поскольку электроны проводимости в металлах могут свободно перемещаться, они способны быстро и легко реагировать на колебания электромагнитных полей, присутствующих в тепловом излучении. Этот сильный отклик приводит к сильному отражению теплового излучения. Это чем-то похоже на то, как проворный и беспрепятственный бейсбольный аутфилдер способен быстро и эффективно возвращать мячи обратно на приусадебный участок. По этой причине металлы являются отличными экранами для теплового излучения. Если основным способом переноса тепла в конкретной системе является тепловое излучение, то металлы являются отличными теплозащитными экранами. Обратите внимание, что металл будет отражать большую часть теплового излучения только в том случае, если металл достаточно толстый; толщиной порядка миллиметра и более. Если металл слишком тонкий, тепловое излучение может просачиваться через металл в процессе, называемом туннелированием волн.

Свободные электроны в металлах также делают металлы хорошими теплопроводниками. Электроны могут поглощать энергию в одном месте, а затем свободно перемещаться в другое место, неся с собой тепловую энергию. Следовательно, если металл находится в непосредственном контакте с горячим предметом, он быстро отводит тепло от предмета. Если основным способом передачи тепла в конкретной системе является теплопроводность, и если металл находится в контакте с горячим объектом, то металл является плохим теплозащитным экраном.

Мы уже рассмотрели тепловое излучение и теплопроводность. В обоих случаях свободные электроны в металлах играют важную роль. Для последнего механизма переноса тепла, конвекции, свободные электроны роли не играют. Для конвекции требуется жидкий материал, который может перемещаться. Обычно металлы твердые, а не жидкие, и поэтому не участвуют в конвекции. Кроме того, даже если воздух или вода действуют как жидкость, обеспечивающая конвекцию, большие твердые куски металла могут блокировать воздух или воду и мешать им двигаться. Если основным способом передачи тепла в конкретной системе является тепловая конвекция, то большой цельный кусок металла может стать отличным теплозащитным экраном. Если в металле много отверстий или каналов, пропускающих жидкости, то он будет плохим тепловым экраном с точки зрения конвекции.

В действительности обычно присутствуют все три механизма переноса тепла. Это означает, что металл может быть хорошим теплозащитным экраном, посредственным теплозащитным экраном или плохим теплозащитным экраном, в зависимости от того, как мы его используем.

Основываясь на вышеизложенном, теперь мы можем определить, как превратить металл в хороший теплозащитный экран. Мы должны использовать большой лист металла, который не имеет ни отверстий, ни каналов. Поместив этот металлический лист вокруг источника тепла, он будет отражать тепловое излучение, создаваемое источником тепла, и блокировать большую часть тепловой конвекции. В то же время, поскольку металлы являются хорошими теплопроводниками, следует следить за тем, чтобы металл не вступал в непосредственный контакт с источником тепла. Между металлом и источником тепла должен быть воздушный зазор. Это делается для того, чтобы металл не отводил тепло от источника посредством теплопроводности. Если все эти шаги будут предприняты, то все три способа переноса тепла будут заблокированы, и металл будет служить отличным теплозащитным экраном.

Предположим, вы только что приготовили индейку и хотите сохранить ее теплой. Окружив индейку теплозащитным экраном, вы предотвратите утечку тепла и предотвратите охлаждение индейки. Лучший способ сделать это — взять сплошной лист алюминиевой фольги и обернуть им индейку, следя за тем, чтобы между индейкой и фольгой оставался небольшой зазор для воздуха. Фольга будет отражать тепловое излучение обратно в индейку, блокировать тепловые конвекционные потоки, а воздушный зазор гарантирует, что металл не будет отводить тепло.

Напротив, мы также можем сделать металл плохим теплозащитным экраном или, другими словами, хорошим теплоотводом. Прежде всего, мы должны сделать много отверстий или каналов в металле, чтобы обеспечить прохождение конвекционных потоков. Придание металлу формы множества ребер, шипов, отверстий и каналов способствует конвекции, а также увеличивает площадь поверхности, через которую металл может передавать тепло воздуху. Во-вторых, мы должны поместить металл в непосредственный контакт с источником тепла, чтобы мы могли воспользоваться преимуществами высокой теплопроводности металла. Наконец, мы должны сделать металл очень тонким, чтобы через него могло просачиваться тепловое излучение. Однако очень тонкий металл обычно слишком слаб, чтобы сохранять форму, поэтому этот последний шаг часто пропускается. Когда применяются эти подходы, металл будет действовать как очень хороший теплоотвод и очень плохой тепловой экран.

Например, рассмотрим центральный процессор компьютера. Через основные микросхемы компьютера проходит такое большое количество электроэнергии, что они быстро нагреваются. Если тепло не будет эффективно отводиться от компьютерных микросхем, они сгорят. По этой причине к основным чипам обычно прикрепляют радиатор. Радиатор обычно представляет собой просто кусок металла, имеющий множество ребер и каналов, и находится в непосредственном контакте с компьютерными чипами. Кроме того, сверху обычно размещают вентилятор, чтобы воздух постоянно обдувал металл, усиливая эффект конвекции.

Таким образом, благодаря уникальным свойствам металла, он может быть превосходным теплозащитным экраном (например, когда алюминиевой фольгой обертывают теплую пищу) или превосходным теплоотводом (например, когда металлические ребра прикреплены к компьютерным чипам).

Темы: проводимость, конвекция, тепло, тепловой экран, металл, тепловое излучение

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, устойчивости к провисанию во время пайки и коррозионной стойкости — является ключевым.

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.

Как правило, 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 теплообменников

Типичная теплопроводность обычной чистой меди составляет 386,00 Вт/(м·K) при 20°C. Это делает медь наиболее теплопроводным из распространенных металлов, что наряду с ее относительно низкой удельной теплоемкостью — примерно 0,385 Дж/(г·°C) — обуславливает ее популярность в теплообменниках9.0003

Эти характеристики влекут за собой немного повышенную цену. Большинство инженеров-конструкторов и проектировщиков продуктов считают это одним из важнейших факторов, решающих выбор между медью и алюминием для небольших проектов.

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 должен быть источником меди 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 зелень статуи 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 высококачественных материалов, работал над составами сплавов, обеспечивающими 9Медь 0009 с хорошей стойкостью к окислению даже при воздействии морской воды.

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 теплообменников

Для инженеров-конструкторов, 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.