Теплопроводность меди и стали: Теплопроводность меди и ее сплавов

Теплопроводность меди и стали: Теплопроводность меди и ее сплавов – плюсы и минусы

alexxlab | 06.01.2023 | 0 | Разное

Содержание

Теплопроводность сталь медь алюминий — Dudom

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.

Что такое теплопроводность

Молекул.
Атомов.
Электронов и других частиц структуры металла.

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.

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.

Значение в быту и производстве

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.

Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс. Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции. Теплопроводность металлов — один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача. В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики. Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве. Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов. Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т. е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С

От чего зависит показатель теплопроводности

Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:

вида металла;
химического состава;
пористости;
размеров.

Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.

Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.

Методы измерения

Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.

Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.

Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

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

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

Теплопроводность для нержавеющей стали таблица

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).

Перенос тепла на молекулярном уровне

Когда материя нагревается, увеличивается средняя кинетическая энергия составляющих ее частиц, то есть увеличивается уровень беспорядка, атомы и молекулы начинают более интенсивно и с большей амплитудой колебаться около своих равновесных положений в материале. Перенос тепла, который на макроскопическом уровне можно описать законом Фурье, на молекулярном уровне представляет собой обмен кинетической энергией между частицами (атомами и молекулами) вещества, без переноса последнего.
Это объяснение механизма теплопроводности на молекулярном уровне отличает его от механизма термической конвекции, при котором имеет место перенос тепла за счет переноса вещества. Все твердые тела обладают способностью к теплопроводности, в то время как тепловая конвекция возможна только в жидкостях и газах. Действительно, твердые вещества переносят тепло в основном за счет теплопроводности, а жидкости и газы, если есть температурные градиенты в них, переносят тепло в основном за счет процессов конвекции.

Регистры

Самая простая конструкция радиаторов отопления – регистры. Это заваренные с торцов трубы среднего или большого диаметра, одиночные или соединенные в секции трубками-перемычками. Их можно увидеть в подъездах, на промышленных объектах или в частных домах с индивидуальным отоплением.

Теплопроводность алюминия, меди и нержавеющей стали возрастает в порядке A.

Медь > алюминий > нержавеющая сталь B. Нержавеющая сталь > медь > алюминий C. Алюминий > медь > нержавеющая сталь D. Медь > нержавеющая сталь > алюминий теплопроводность, говоря простыми словами, это скорость теплопроводности, передаваемая теплопроводностью через единицу площади поперечного сечения материала.
Более высокая теплопроводность означает, что материал является хорошим проводником тепла и может передавать тепло быстрее.

Полное пошаговое решение:
Теплопроводность материала является мерой его способности проводить тепло
При теплопроводности твердого тела, определяемой с помощью модели свободных электронов, в твердых телах присутствует некоторое количество свободных электронов. . Эти электроны не связаны ни с одной молекулой металла, они могут свободно перемещаться внутри металла. Когда один конец металла нагревается, средняя кинетическая энергия свободного электрона на этом конце увеличивается. И начинают вибрировать с большой амплитудой и отдают некоторую энергию своим соседним свободным электронам, сталкиваясь с ними. Эти свободные электроны повторяют тот же процесс с другими соседними электронами и освобождают их для движения с высокими вибрациями, этот процесс передает тепло в твердых телах. 9{-1}$

Исходя из этого, мы можем расположить эти металлы как
Медь > алюминий > нержавеющая сталь

Итак, здесь вариант А правильный

Примечание: Понятно, что причина Высокая теплопроводность металлов заключается в том, что в них присутствует некоторое количество свободных электронов. Вот почему в металлах передача тепла происходит очень быстро. В плохих проводниках почти нет свободных электронов. Поэтому теплопроводность в них происходит очень медленно.

Недавно обновленные страницы

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А 11 класс химии JEE_Main

Высокоэффективный метод получения бериллия 11 класс химии JEE_Main

Какой из перечисленных сульфатов имеет наивысшую растворимость 11 класс химии 9 JEE_Main Среди металлов Be Mg Ca и Sr 2 группы 11 класса химии JEE_Main

Какой из перечисленных металлов присутствует в зеленом цвете 11 класса химии JEE_Main

Для предотвращения окисления магния в электролитах 11 класса химии JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом А 11 класс химии JEE_Main

Высокоэффективный метод получения бериллия 11 класса химии JEE_Main

Какой из следующих сульфатов имеет наивысший класс растворимости 11 по химии JEE_Main

Среди металлов Be Mg Ca и Sr группы 2 по химии 11 класса JEE_Main

Какой из следующих металлов присутствует в зеленом цвете 11 класса по химии JEE_Main

Для предотвращения окисления магния в электролитической химии класса 11 JEE_Main

Актуальные сомнения

Медный сплав 110 для теплопроводности

Теплопроводность измеряет, насколько хорошо «тепло» проходит через материал. Одним из способов повышения теплопроводности медного сплава 110 является использование более тонких проволок, имеющих большую площадь поверхности на единицу объема. Медный сплав 110 имеет необычно высокое значение теплового сопротивления, которое можно улучшить, увеличив содержание меди или добавив серебро с его более высокими значениями теплопроводности.

Медный сплав 110 и теплопроводность

Содержание

Теплопроводность — это способность материала передавать тепло. Медный сплав 110 можно использовать в приложениях, где теплопроводность является важным фактором на электростанциях и других промышленных объектах.

Медный сплав 110 имеет высокое содержание меди, что делает его пригодным для проведения тепла и не ржавеет. Его можно легко формовать и обрабатывать. Сплав также обладает низким удельным электрическим сопротивлением, что делает его идеальным для высоковольтных линий электропередач. Для некоторых вещей, таких как проводка, вы хотите убедиться, что провод исправен. Он должен легко клеиться и не шуметь. Провод также не должен быть магнитным.

Дополнительная медь 110 Свойства

Медь — это металл, принадлежащий к тому же семейству, что и серебро и золото. Люди использовали его на протяжении тысячелетий не только для ювелирных изделий или монет, но и в строительстве, например, при кровельных работах и электропроводке. Медный сплав 110 (C110) представляет собой сплав меди с цинком и алюминием, который имеет множество различных применений, включая теплопроводность.

C110 имеет более высокую теплопроводность, чем другие сплавы, поскольку сочетает в себе свойства обоих металлов: высокое электрическое сопротивление меди и хорошую теплопередачу цинка и алюминия. Добавление алюминия делает материал более податливым, что позволяет втягивать в него провода, не ломая их под давлением.

Медь — ценный металл, который можно использовать для самых разных целей.

Медь — ценный металл, который можно использовать для самых разных целей. Было обнаружено, что медь нашла множество применений в прошлом, и она по-прежнему сохраняет свою ценность сегодня. Его чаще всего используют в качестве электрического проводника, а его способность проводить электричество без выделения тепла или электрического тока делает его популярным для этой цели. В этой статье будет обсуждаться, как медный сплав 110 влияет на теплопроводность.

Медный сплав 110 состоит из 95 % меди, 5 % олова и 0,5 % цинка, что придает полученному металлу превосходную обрабатываемость при сохранении хорошей прочности при повышенных температурах (более 600°F). Когда вы работаете с такими металлами, как сталь, алюминий или нержавеющая сталь, они требуют смазки при резке из-за высокого уровня трения при механической обработке. С медным сплавом 110 нет необходимости в смазке, что делает его намного более чистым и безопасным для здоровья по сравнению с другими металлами.

Большим плюсом использования этого металла в производстве является то, что необходимым сварочным оборудованием может управлять персонал, который еще не прошел специальное обучение, что снижает затраты, связанные с обучением новых сотрудников или приобретением дорогостоящего сварочного оборудования.

Как правило, медные сплавы представляют собой смесь меди с другими элементами, такими как никель, цинк, олово и кремний.

Медные сплавы имеют широкий спектр применения в технике и технике благодаря низкой стоимости и высокой прочности.

Медный сплав 110 — это один из видов медного сплава, который используется для обеспечения теплопроводности во многих продуктах, таких как теплообменники, конденсаторы, трубы и радиаторы.

Функция этого конкретного сплава заключается в обеспечении эффективной передачи или передачи энергии из одной точки в другую с использованием проходящего через нее тепла посредством систем естественной конвекции или принудительной циркуляции воздуха. Он также помогает поддерживать равномерную температуру по всему объекту при быстром нагреве или охлаждении, обеспечивая изоляцию от теплового удара между горячими и холодными поверхностями.

Существует три основных типа медных сплавов.

Существует три основных типа медных сплавов – деформируемые или штампованные сплавы (включая мягко отожженные), литые сплавы и прессованные сплавы. Медь — это металл со многими свойствами, которые делают его отличным выбором для теплообменников. Он обладает высокой теплопроводностью и может быть найден в трех основных типах медных сплавов: деформируемом или штампованном сплаве (включая мягкий отожженный сплав), литых сплавах и прессованных сплавах.

Медь также обладает хорошей коррозионной стойкостью, что означает, что она не ржавеет под воздействием кислорода и водяного пара. Это свойство делает его еще более привлекательным для использования в зданиях, потому что он требует меньше ухода, чем другие материалы, такие как сталь, которая быстро ржавеет, если ее не обрабатывать регулярно.

Значения теплопроводности для различных медных сплавов находятся в диапазоне примерно от 16 до 135 Вт/мК при комнатной температуре в зависимости от состава сплава.

Медный сплав 110 является хорошим проводником и имеет низкое сопротивление, что означает, что он может проводить электричество с меньшими потерями, чем другие материалы, такие как сталь или алюминий.

Это делает его отличным материалом для мощных цепей, которым необходимо быстро рассеивать тепло. Он также обладает лучшей коррозионной стойкостью, чем многие немедные металлы, а это означает, что вам не нужно наносить химические вещества, такие как глицерин или винный камень (который со временем ржавеет), чтобы ваша печатная плата оставалась чистой и работоспособной.

Недостатки? Он плохо работает в экстремально жарких или холодных условиях: если температура окружающего воздуха выше 85 градусов по Цельсию или ниже -40 градусов по Цельсию, теплопроводность медного сплава 110 начнет падать. Поэтому, если вы работаете в особенно жаркой или холодной среде, вы можете вместо этого рассмотреть возможность использования другого медного сплава.

Экструдированный сплав 110 имеет коэффициент теплопроводности 135 Вт/мК, что делает его одним из лучших вариантов, если требуется недорогой продукт с высокой теплопроводностью.

Теплопроводность – это способность материала или вещества передавать тепло.

TOP HEADLINES