Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Высокая теплопроводность меди наряду с другими замечательными свойствами определила этому металлу значимое место в истории развития человеческой цивилизации. Изделия из меди и ее сплавов используются практически во всех сферах нашей жизни.

1

Теплопроводностью называют процесс переноса энергии частиц (электронов, атомов, молекул) более нагретых участков тела к частицам менее нагретых его участков. Такой теплообмен приводит к выравниванию температуры. Вдоль тела переносится только энергия, вещество не перемещается. Характеристикой способности проводить тепло является коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м 2 , толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.

Коэффициент теплопроводности меди при температуре 20–100 °С составляет 394 Вт/(м* К) – выше только у серебра. уступает меди по этому показателю почти в 9 раз, а железо – в 6. Различные примеси по-разному влияют на физические свойства металлов. У меди скорость передачи тепла снижается при добавлении в материал или попадании в результате технологического процесса таких веществ, как:

• алюминий;
• железо;
• кислород;
• мышьяк;
• сурьма;
• сера;
• селен;
• фосфор.

Высокая теплопроводность характеризуется быстрым распространением энергии нагрева по всему объему предмета. Эта способность обеспечила меди широкое применение в любых системах теплообмена. Ее используют при изготовлении трубок и радиаторов холодильников, кондиционеров, вакуумных установок, автомашин для отвода избыточного тепла охлаждающей жидкости. В отопительных приборах подобные изделия из меди служат для обогрева.

Способность меди проводить тепло снижается при нагреве. Значения коэффициента теплопроводности меди в воздухе зависит от температуры последнего, которая влияет на теплоотдачу (охлаждение). Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее остывает металл и ниже его теплопроводность. Поэтому во всех теплообменниках используют принудительный обдув вентилятором – это повышает эффективность работы устройств и одновременно поддерживает тепловую проводимость на оптимальном уровне.

2

Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м* К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.

Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:

• плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
• стоимость – ниже в 3,5 раза.

Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).

В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.

Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).

Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.

3

Низкая теплопроводность во многих случаях является нужным свойством – на этом основана теплоизоляция. Использование медных труб в системах отопления приводит к гораздо большим потерям тепла, чем при применении магистралей и разводок из других материалов. Медные трубопроводы требуют более тщательной теплоизоляции.

У меди высокая теплопроводность, что обуславливает достаточно сложный процесс монтажных и других работ, имеющих свою специфику. Сварка, пайка, резка меди требует более концентрированного нагрева, чем для стали, и зачастую предварительного и сопутствующего подогрева металла.

При газовой сварке меди необходимо использование горелок мощностью на 1–2 номера выше, чем для стальных деталей такой же толщины. Если медь толще 8–10 мм, рекомендуется работать с двумя или даже тремя горелками (часто сварку производят одной, а другими осуществляют подогрев). Сварочные работы на переменном токе электродами сопровождаются повышенным разбрызгиванием металла. Резак, достаточный для толщины высокохромистой стали в 300 мм, подойдет для резки латуни, бронзы (сплавы меди) толщиной до 150 мм, а чистой меди всего в 50 мм. Все работы связаны с значительно большими затратами на расходные материалы.

4

Медь – один из главных компонентов в электронике, используется во всех микросхемах. Она отводит и рассеивает тепло, образующееся при прохождении тока. Ограничение быстродействия компьютеров обусловлено увеличением нагрева процессора и других элементов схем при росте тактовой частоты. Разбиение на несколько ядер, работающих одновременно, и другие способы борьбы с перегревом себя исчерпали. В настоящее время ведутся разработки, направленные на получение проводников с более высокой электропроводимостью и теплопроводностью.

Открытый недавно учеными графен способен значительно увеличить теплопроводность медных проводников и их возможность к рассеиванию тепла. При проведении эксперимента слой меди покрыли графеном со всех сторон. Это улучшило теплоотдачу проводника на 25 %. Как объяснили ученые, новое вещество меняет структуру передачи тепла и позволяет энергии двигаться в металле свободнее. Изобретение находится на стадии доработки – при эксперименте использовался медный проводник гораздо больших размеров, чем в процессоре.

Среди большого количества параметров, характеризующие металлы существует и такое понятие как теплопроводность. Ее значение сложно переоценить. Этот параметр применяют при расчете деталей и узлов. Например, шестеренчатых передач. Вообще теплопроводностью занимается целый раздел науки под названием термодинамика.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

Теплопроводность металлов можно охарактеризовать так – это способность материалов (газ, жидкость и пр.) переносить излишнюю тепловую энергию от разогретых участков тела к холодным. Перенос осуществляется свободно движущимися элементарными частицами, в число которых входят атомы электроны и пр.

Сам процесс теплообмена происходит в любых телах, но способ переноса энергии во многом зависит от агрегатного состояния тела.

Кроме этого теплопроводности можно дать еще одно определение – это количественный параметр возможности тела проводить тепловую энергию. Если сравнивать тепловые и электрические сети, то это понятие аналогично электрической проводимости.

Способность физического тела не допускать распространение теплового колебания молекул называют тепловым сопротивлением. Кстати, некоторые, искренне заблуждаются, путая это понятие с теплопроводностью.

Понятие коэффициента теплопроводности

Коэффициентом теплопроводности называют величину, которая равна количеству теплоты, переносимого через единицу поверхности за одну секунду.
Теплопроводность металла была установлена еще в 1863 году. Именно тогда было доказано то, что за передачу теплоты отвечают свободные электроны, которых в металле великое множество. Именно поэтому коэффициент теплопроводности металлов значительно выше, чем у диэлектрических материалов.

От чего зависит показатель теплопроводности

Теплопроводность – это физическая величина и по большей части зависит от параметров температуры, давления и типа вещества. Большая часть коэффициентов определяется опытным путем. Для этого разработано множество методов. Результаты сводятся в справочные таблицы, которые потом используются при проведении различных научных и инженерных расчетов.
Тела обладают разной температурой и при тепловом обмене она (температура) будет распределяться неравномерно. Другими словами необходимо знать, как зависит коэффициент теплопроводности от температуры.

Многочисленные опыты показывают то, что у многих материалов связь между коэффициентом и самой теплопроводностью является линейной.

Теплопроводность металлов обусловлена формой его кристаллической решетки.

Во многом коэффициент теплопроводности зависит от строения материала, размеров его пор и влажности.

Когда учитывается коэффициент теплопроводности

Параметры теплопроводности в обязательном порядке учитывают во время выбора материалов для ограждающих конструкций – стен, перекрытий и пр. В помещениях, где стены выполнены из материалов с высокой теплопроводностью в холодное время года будет довольно прохладно. Не поможет и отделка помещения. Для того, чтобы этого избежать стены необходимо делать довольно толстыми. Это непременно повлечет повышение затрат на материалы и оплату труда.

Именно поэтому в конструкции стен предусмотрено использование материалов с низкой теплопроводностью (минеральная вата, пенопласт и пр.).

Показатели для стали

• В справочных материалах по теплопроводности различных материалов особое место занимают данные, представленные о сталях разных марок.
  Так, в справочных материалах собраны экспериментальные и расчетные данные следующих типов стальных сплавов:
  стойких к воздействию коррозии, повышенной температуры;
• предназначенных для производства пружин, режущего инструмента;
• насыщенных легирующими добавками.

В таблицах сведены показатели, которые были собраны для сталей в температурном диапазоне от -263 до 1200 градусов.
Усредненные показатели составляют для:

• углеродистых сталей 50 – 90 Вт/(м×град);
• коррозионностойких, жаро- и теплостойких сплавов, относящимся к мартенситным — от 30 до 45 Вт/(м×град);
• сплавов, относящимся к аустенитным от 12 до 22 Вт/(м×град).

В этих справочных материалах размещена информация и свойствах чугунов.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Во время проведения расчетов связанных с цветными металлами и сплавами проектировщики применяют справочные материалы, размещенные в специальных таблицах.

В них представлены материалы о теплопроводности цветных металлов и сплавов, кроме этих данных указана информация о химическом составе сплавов. Исследования проводили при температурах от 0 до 600 °С.

По информации собранной в этих табличных материалах видно то, что к цветным металлам, обладающим высокой теплопроводностью сплавы на основе магния и никель. К металлам, у которых низкая теплопроводность относят нихром, инвар и некоторые другие.

У большинства металлов хорошая теплопроводность, у одних она больше, у других меньше. К металлам с хорошей теплопроводностью относят золото, медь и некоторые другие. К материалам с низкой теплопроводностью относят олово, алюминий и пр.

Высокая теплопроводность может быть и достоинством, и недостатком. Все зависит от сферы применения. К, примеру, высокая теплопроводность хороша для кухонной посуды. Материалы с низкой теплопроводностью применяют для создания неразъемных соединений металлических деталей. Существуют целые семейства сплавов, выполненных на основе олова.

Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов

Медь имеет гораздо большую стоимость, чем алюминий или латунь. Но между тем этот материал имеет ряд недостатков, которые связаны с его положительными сторонами.
Высокая теплопроводность этого металла вынуждает к созданию специальных условий для его обработки. То есть медные заготовки необходимо нагревать более точно, нежели сталь. Кроме этого часто, перед началом обработки предварительный или сопутствующий нагрев.
Нельзя забывать о том, что трубы, изготовленные из меди, подразумевают то, что будет проведена тщательная теплоизоляция. Особенно это актуально для тех случаев, когда из этих труб собрана система подачи отопления. Это значительно удорожает стоимость выполнения монтажных работ.
Определенные сложности возникают и при использовании газовой сварки. Для выполнения работе требуется более мощный инструмент. Иногда, для обработки меди толщиной в 8 – 10 мм может потребоваться использование двух, а то и трех горелок. При этом одной из них выполняют сварку медной трубы, а остальные заняты ее подогревом. Ко всему прочему работа с медью требует большего количества расходных материалов.

Работа с медью требует использования и специализированного инструмента. Например, при резке деталей, выполненных из бронзы или латуни толщиной в 150 мм потребуется резак, который может работать с сталью с большим количеством хром. Если его использовать для обработки меди, то предельная толщина не будет превышать 50 мм.

Можно ли повысить теплопроводность меди

Не так давно, группа западных ученых провела ряд исследований по повышению теплопроводности меди и ее сплавов. Для работы они применяли пленки, выполненные из меди, с нанесенным на ее поверхность тонким слоем графена. Для его нанесения использовали технологию его осаждения из газа. При проведении исследований применялось множество приборов, которые были призваны подтвердить объективность полученных результатов.
Результаты исследований показали то, что графен обладает одним из самых высоких показателей теплопроводности. После того, как его нанесли на медную подложку, теплопроводность несколько упала. Но, при проведении этого процесса происходит нагревание меди и в ней происходит увеличение зерен, и в результате повышается проходимость электронов.

При нагревании меди, но без нанесения этого материала, зерна сохранили свой размер.
Одно из назначений меди это отведение лишнего тепла из электронных и электрических схем. Использование графенового напыления эта задача будет решаться значительно эффективнее.

Влияние концентрации углерода

Стали с малым содержанием углерода обладают высокими показателями теплопроводности. Именно поэтому материалы этого класса применяют для изготовления труб и арматуры для нее. Теплопроводность сталей этого типа лежит в диапазоне 47-54 Вт/(м× К).

Значение в быту и производстве

Применение теплопроводности при строительстве

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

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

Системы отопления

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

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

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

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

Методы изучения параметров теплопроводности

При проведении изучения параметров теплопроводности надо помнить о том, что характеристики конкретного металла или его сплавов от метода его выработки. Например, параметры металла полученного с помощью литья могут существенно отличаться от характеристик материала изготовленного по методам порошковой металлургии. Свойства сырого металла коренным образом отличаются от того, который прошел через термическую обработку.

Термическая нестабильность, то есть преобразование отдельных свойств металла после воздействия высоких температур является общим для практически всех материалов. Как пример можно привести то, что металлы после длительного воздействия разных температур способны достичь разных уровней рекристаллизации, а это отражается на параметрах теплопроводности.

Можно сказать следующее – при проведении исследований параметров теплопроводности необходимо использовать образцы металлов и их сплавов в стандартном и определенном технологическом состоянии, например, после термической обработки.

Например, существуют требования по измельчению металла для проведения его исследований с применением способов термического анализа. Действительно, такое требование существует при проведении ряда исследований. Бывает и такое требование – как изготовление специальных пластин и многие другие.

Нетермостабильность металлов ставит ряд ограничений использование теплофизических способов исследования. Дело в том, что этот способ проведения исследований требует нагревать образцы не менее двух раз, в определенном температурном интервале.

Один из методов называют релакционно-динамическим. Он предназначен для выполнения массовых измерений теплоемкости у металлов. В этом методе фиксируется переходная кривая температуры образца между его двумя стационарными состояниями. Этот процесс является следствием скачка тепловой мощности вводимой в испытуемый образец.

Такой метод можно назвать относительным. В нем используются испытуемый и сравнительный образцы. Главное заключается в том, что бы у образцов была одинаковая излучающая поверхность. При проведении исследований температура, воздействующая на образцы должна изменяться ступенчато, при этом по достижении заданных параметров необходимо выдержать определенное количество времени. Направление изменения температуры и ее шаг должен быть подобран таким образом, что бы образец, предназначенный для испытаний, прогревался равномерно.

В эти моменты тепловые потоки сравняются и отношение теплопередачи будет определяться как разность скоростей колебаний температуры.
Иногда в процессе этих исследований источник косвенного подогрева исследуемого и сравнительного образца.
На один из образцов могут быть созданы дополнительные тепловые нагрузки в сравнении со вторым образцом.

Какой метод измерения теплопроводности лучше всего подходит для вашего материала?

Существуют методы измерения тепловодности, такие как LFA, GHP, HFM и TCT. Они отличаются друг от друга размерами и геометрическими параметрами образцов, применяемых для проверки теплопроводности металлов.

Эти сокращения можно расшифровать как:

• GHP (метод горячей охранной зоны);
• HFM (метод теплового потока);
• TCT (метод горячей проволоки).

Вышеуказанные способы применяют для определения коэффициентов различных металлов и их сплавов. Вместе с тем с использованием этих методов, занимаются исследованием других материалов, например, минералокерамики или огнеупорных материалов.

Образцы металлов, на которых проводят исследования, имеют габаритные размеры 12,7×12,7×2.

Теплопроводность - легированная сталь

Cтраница 1

Теплопроводность легированных сталей значительно ниже, чем углеродистых. Поэтому нагрев легированных сталей, во избежание образования трещин и коробления, необходимо осуществлять очень медленно. В некоторых случаях при нагреве до высоких температур производятся температурные остановки для выравнивания температуры по всему объему изделия. Пониженная теплопроводность легированных сталей требует также увеличения времени выдержки.  

Теплопроводность легированных сталей меньше теплопроводности углеродистых сталей, вследствие чего изделия из этих сталей нужно нагревать медленнее.  

Низкая электропроводность и теплопроводность легированных сталей, содержащих никель, хром, марганец, кремний и другие элементы, объясняется образованием этими элементами твердых растворов с железом.  

Помимо химического состава, на теплопроводность легированных сталей сильно влияет ее состояние.  

Теплопроводность титана составляет - 14 0 Вт / м град, что несколько ниже теплопроводности легированной стали. Материал хорошо куется, штампуется, обрабатывается резанием. Сварка изделий из титана производится вольфрамовым электродом в защитной атмосфере аргона. В последнее время титан используется для изготовления широкого ассортимента труб, листа, проката.  

Теплопроводность титана составляет - 14 0 Вт / (м - К), что несколько ниже теплопроводности легированной стали. Материал хорошо куется, штампуется, обрабатывается резанием. Сварка изделий из титана производится вольфрамовым электродом в защитной атмосфере аргона. В последнее время титан используется для изготовления широкого ассортимента труб, листа, проката.  

Потерю тепла можно определить на основе законов теплопроводности, считая высоту конуса и среднюю площадь поперечного сечения в форме кольца соответственно как длину и площадь, через которые проводится тепло. Теплопроводность легированных сталей изменяется с изменением температуры.  

Легирующие элементы значительно понижают теплопроводность-стали. Теплопроводность легированной стали может быть в несколько раз ниже теплопроводности простой углеродистой, поэтому легированную сталь следует нагревать для термической обработки более медленно и равномерно, чем углеродистую. В противном случае возможно коробление изделий или появление трещин.  

Теплопроводность низколегированных сталей находится на уровне 33 - 35 вт / (м-град) при комнатной температуре и с повышением температуры падает. Если теплопроводность легированных сталей при комнатной температуре равна 23 - 36 вт / (м-град), то с повышением температуры она изменяется мало. Если теплопроводность меньше 23 вт / (м град), то с увеличением температуры Я, увеличивается. Таким образом, при высоких температурах (800 - 1200 С) коэффициент теплопроводности сталей различных марок практически выравнивается.  

Различие в термической обработке легированной и углеродистой сталей заключается в выборе температуры и скорости нагрева, времени выдержки при этих температурах и в способе охлаждения. Это объясняется тем, что теплопроводность легированной стали значительно меньше углеродистой из-за наличия в первой легирующих элементов.  

При наличии разного рода примесей (сплавы) коэффициент теплопроводности металлов резко убывает. Например, увеличение содержания углерода в стали приводит к уменьшению коэффициента теплопроводности. Коэффициент теплопроводности легированных сталей за счет присадок еще более низок. При температуре 100 С коэффициент теплопроводности армко-железа (99 9 % Fe) равен 60, что примерно в 5 раз превышает К высоколегированной аустенитной стали. При этом рост температуры приводит к увеличению коэффициента теплопроводности высоколегированных сталей. Наоборот, коэффициент теплопроводности углеродистых и низколегированных сталей уменьшается при увеличении температуры.  

Термообработка легированных сталей имеет свои технологические особенности. Они заключаются в различии температур нагрева и скорости охлаждения, выдерж-ки при заданных температурах, в способах охлаждения. Это объясняется тем, что теплопроводность легированных сталей меньше, поэтому нагревать их следует осторожно, особенно при наличии в них вольфрама. Критические точки легированных сталей тоже неодинаковы и - резко отличаются от углеродистых.  

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Плотность железа, удельная теплоемкость, теплопроводность: таблица свойств

В таблице приведена плотность железа d, а также значения его удельной теплоемкости Cp, температуропроводности a, коэффициента теплопроводности λ, удельного электрического сопротивления ρ, функции Лоренца L/L0 при различных температурах - в диапазоне от 100 до 2000 К.

Свойства железа существенно зависят от температуры: при нагревании этого металла его плотность, теплопроводность и температуропроводность уменьшаются, а значение удельной теплоемкости железа растет.

Плотность железа равна 7870 кг/м3 при комнатной температуре. При нагревании железа его плотность снижается. Поскольку железо является основным элементом в составе стали, то плотность железа определяет и значение плотности стали. Зависимость плотности железа от температуры слабая - при его нагревании плотность металла снижается и принимает минимальное значение 7040 кг/м3 при температуре плавления, равной 1810 К или 1537°С.

Удельная теплоемкость железа, по данным таблицы, имеет значение 450 Дж/(кг·град) при температуре 27°С. В зависимости от структуры удельная теплоемкость твердого железа при увеличении температуры изменяется по-разному. По значениям в таблице видны характерный максимум теплоемкости железа вблизи Tc и скачки при структурных переходах и при плавлении.

В расплавленном состоянии свойства железа претерпевают изменения. Так, плотность жидкого железа уменьшается и становиться равной 7040 кг/м3. Удельная теплоемкость железа в расплавленном состоянии имеет величину 835 Дж/(кг·град), а теплопроводность железа снижается до значения 39 Вт/(м·град). При этом удельное электрическое сопротивление этого металла увеличивается и при 2000 К принимает значение 138·10-8 Ом·м.

Теплопроводность железа при комнатной температуре равна 80 Вт/(м·град). С ростом температуры теплопроводность железа снижается - она имеет отрицательный температурный коэффициент в области температуры 100-1042 К, а затем начинает слабо расти. Минимальное значение теплопроводности железа составляет 25,4 Вт/(м·град) вблизи точки Кюри. При β-γ переходе наблюдается слабое изменение теплопроводности, которое также имеет место и при γ-δ переходе.

Теплопроводность железа резко падает по мере увеличения количества примесей, особенно кремния и серы. Наивысшей теплопроводностью обладает очень чистое электролитическое железо - его теплопроводность при 27°С равна 95 Вт/(м·град).

Зависимость коэффициента теплопроводности железа от температуры также определяется степенью чистоты этого металла. Чем железо чище, тем выше его теплопроводность и тем больше по абсолютной величине она снижается с повышением температуры.

Источники:

1. В.Е. Зиновьев. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах.
2. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967.

thermalinfo.ru

Теплопроводность - сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Теплопроводность - сталь

Cтраница 1

Теплопроводность стали при увеличении в ней содержания хрома уменьшается.  

Теплопроводность стали РФ1 примерно в 2 раза ниже теплопровод-ностиуглеродистой стали с тем же содержанием углерода.  

Теплопроводность стали понижают примеси, особенно хром и никель.  

Теплопроводность стали в зависимости от ее состава может быть также определена по формулам Р. Е. Кржижановского, составленным на основе предположения, что в равновесном структурном состоянии теплопроводность стали является функцией содержания в ней легирующих элементов и температуры.  

Теплопроводность сталей и чугунов, помимо химического состава, существенно зависит от условий термической обработки, что объясняется различной теплопроводностью присутствующих структур.  

Теплопроводность стали: зависит от содержания углерода и легирующих элементов, чем их больше в стали, тем меньшей теплопроводностью она обладает. Следовательно, изделия из малоуглеродистой или малолегированой стали нагревают быстрее, чем из высокоуглеродистой или высоколегированной.  

Теплопроводность стали зависит от температуры, химического состава и состояния. Легированные стали имеют меньшую теплопроводность, чем углеродистые, а теплопроводность стали в литом состоянии ниже, чем в деформированном. Поэтому легированные стали и стали в литом состоянии (слитки) нагревают обычно медленнее.  

Поскольку теплопроводность стали снижается с увеличением легирования и увеличивается с повышением температуры (фиг.  

От теплопроводности сталей в значительной мере зависит срок службы инструмента, поскольку его поверхностные слои разогреваются до высоких температур. При лучшем отводе тепла сталь лучше сохраняет свою твердость и износостойкость: Срок службы работающих в тяжелых условиях инструментов горячей штамповки возрос в несколько раз после того, как материал инструментов заменили высокотеплопроводной сталью. Теплопроводность имеет большое практическое значение для нагрева и охлаждения крупногабаритных инструментов и блоков инструментов. Внутренняя часть блока инструментов в одних и тех же условиях нагревается и охлаждается тем быстрее, чем выше теплопроводность материала блока.  

Коэффициент теплопроводности стали равен 40, а алюминия 175 - 200 ккал / м - час град.  

Коэффициент теплопроводности стали равен 40, а алюминия 175 - 200 ккал / м час-град.  

Коэффициент теплопроводности стали Кс 39 ккал / м2 час С, чугуна г 54 ккал / м час С, воздуха Яв 0 02 ккал / м час С.  

www.ngpedia.ru

17. Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов

Теплоемкость – это способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Ее характеристикой является удельная теплоемкость – количество энергии, поглощаемой единицей массы при нагреве на один градус. От величины теплопроводности зависит возможность появления трещин в металле. Если теплопроводность низкая, то риск возникновения трещин увеличивается. Так, легированные стали имеют теплопроводность, которая в пять раз меньше, чем теплопроводность меди и алюминия. Размер теплоемкости влияет на уровень расходуемого топлива на нагрев заготовки до определенной температуры.

У металлических сплавов удельная теплоемкость находится в пределах 100-2000 Дж/(кг*К). У большинства металлов теплоемкость составляет 300–400 Дж/(кг*К). Теплоемкость металлических материалов растет с повышением температуры. Полимерные материалы, как правило, имеют удельную теплоемкость 1000 Дж/(кг?К) и более.

Электрические свойства материалов характеризуются наличием носителей зарядов электронов или ионов и свободой их передвижения под действием электрического поля.

Высокие энергии ковалентной и ионной связи сообщают материалам с этими типами связи свойства диэлектрика. Их слабая электрическая проводимость обусловлена влиянием примесей, причем под влиянием влаги, образующей с примесями проводящие растворы, электропроводность таких материалов возрастает.

Материалы с разными типами связи имеют различные температурные коэффициенты электросопротивления: у металлов он положителен, у материалов с ковалентным и ионным типом связи – отрицателен. При нагреве металлов концентрация носителей зарядов – электронов не увеличивается, а сопротивление их движению возрастает из-за увеличения амплитуд колебаний атомов. В материалах с ковалентной или ионной связью при нагреве концентрация носителей зарядов повышается настолько, что нейтрализуется влияние помех от увеличения колебаний атомов.

Теплопроводностью называется перенос тепловой энергии в твердых телах, жидкостях и газах при макроскопической неподвижности частиц. Перенос теплоты происходит от более горячих частиц к холодным и подчиняется закону Фурье.

Теплопроводность зависит от типа межатомной связи, температуры, химического состава и структуры материала. Теплота в твердых телах переносится электронами и фононами.

Механизм передачи теплоты, в первую очередь, определяется типом связи: в металлах теплоту переносят электроны; в материалах с ковалентным или ионным типом связи – фононы. Самым теплопроводным является алмаз. В полупроводниках при весьма незначительной концентрации носителей заряда теплопроводность17б осуществляется в основном фононами. Чем совершеннее кристаллы, тем выше их теплопроводность. Монокристаллы лучше проводят теплоту, чем поликристаллы, так как границы зерен и другие дефекты кристаллической структуры рассеивают фононы и увеличивают электросопротивление. Кристаллическая решетка создает периодическое энергетическое пространство, в котором передача теплоты электронами или фононами облегчена по сравнению с аморфным состоянием.

Чем больше примесей содержит металл, мельче зерна и больше искажена кристаллическая решетка, тем меньше теплопроводность. Чем больше размеры зерен, тем выше теплопроводность. Легирование вносит искажение в кристаллические решетки твердых растворов и понижает теплопроводность по сравнению с чистым металлом – основой сплава. Структурные составляющие, представляющие дисперсные смеси нескольких фаз (эвтектики, эвтектоиды), снижают теплопроводность. Структуры с равномерным распределением частиц фаз имеют меньшую теплопроводность, чем основа сплава. Предельным видом подобной структуры является пористый материал. По сравнению с твердыми телами газы являются теплоизоляторами.

Графит имеет высокую теплопроводность. При передаче теплоты параллельно слоям атомов углерода базисной плоскости теплопроводность графита превышает теплопроводность меди более чем в 2 раза

Разветвленные пластины графита в сером чугуне имеют структуру монокристалла, и поэтому он имеет высокую теплопроводность. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом при той же объемной доле графита имеет теплопроводность 25…40 Вт/м*К, что почти вдвое меньше по сравнению с серым чугуном.

При нагреве теплопроводности сталей разных классов сближаются. Стекло имеет низкую теплопроводность. Полимерные материалы плохо проводят теплоту, теплопроводность большинства термопластов не превышает 1,5 Вт/(мОК).

Теплопроводность может меняться также, как и электропроводность в случае, если электронная теплопроводность металла составляет l e. Тогда любые изменения, происходящие в химическом и фазовом составе и структуре сплава влияют на теплопроводность также, как и на электропроводность (по правилу Видемана-Франца).

При отдалении состава сплава от чистых компонентов происходит понижение теплопроводности. Исключение составляют, например, медно-никелевые сплавы, в которых происходят обратные явления.

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

Коэффициент теплопроводности | Мир сварки

Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Коэффициент теплопроводности материалов

Материал Температура, °С Коэффициент теплопроводности кал/(см·с·град) Вт/(м·K)

Металлы
Алюминий	20	0,538	225
Бериллий	20	0,45	188
Ванадий	20	0,074	31,0
Вольфрам	20	0,31	130
Гафний	20	0,053	22,2
Железо	20	0,177	77
Золото	20	0,744	311
Латунь	20	0,205–0,263	86–110
Магний	20	0,376	155
Медь	20	0,923	391
Молибден	20	0,340	145
Никель	20	0,220	92,5
Ниобий	20	0,125	52,5
Палладий	20	0,170	71,3
Платина	20	0,174	72,8
Ртуть	20	0,069	29,1
Свинец	20	0,083	34,7
Серебро	20	1,01	423
Сталь	20	0,048–0,124	20–52
Тантал	20	0,130	54,5
Титан	20	0,036	15,1
Хром	20	0,16	67,1
Цинк	20	0,265	110
Цирконий	20	0,050	21
Чугун	20	0,134	56
Пластмассы
Бакелит	20	0,0006	0,23
Винипласт	20	0,0003	0,126
Гетинакс	20	0,0006	0,24
Мипора	20	0,0002	0,085
Поливинилхлорид	20	0,0005	0,19
Пенопласт ПС-1	20	0,0001	0,037
Пенопласт ПС-4	20	0,0001	0,04
Пенопласт ПХВ-1	20	0,0001	0,05
Пенопласт резопен ФРП	20	0,0001	0,045
Пенополистирол ПС-Б	20	0,0001	0,04
Пенополистирол ПС-БС	20	0,0001	0,04
Пенополиуретановые листы	20	0,0001	0,035
Пенополиуретановые панели	20	0,0001	0,025
Пеностекло легкое	20	0,0001	0,06
Пеностекло тяжелое	20	0,0002	0,08
Пенофенолпласт	20	0,0001	0,05
Полистирол	20	0,0002	0,082
Полихлорвинил	20	0,0011	0,44
Стеклотекстолит	20	0,0007	0,3
Текстолит	20	0,0005–0,0008	0,23–0,34
Фторопласт-3	20	0,0001	0,058
Фторопласт-4	20	0,0006	0,25
Эбонит	20	0,0004	0,16
Эбонит вспученный	20	0,0001	0,03
Резины
Каучук вспененный	20	0,0001	0,03
Каучук натуральный	20	0,0001	0,042
Каучук фторированный	20	0,0001	0,055
Резина	20	0,0003–0,0005	0,12–0,20
Жидкости
Анилин	0	0,0005	0,19
	50	0,0004	0,17
	100	0,0004	0,167
Ацетон	0	0,0004	0,17
	50	0,0004	0,16
	100	0,0004	0,15
Бензол	50	0,0003	0,138
	100	0,0003	0,126
Вода	0	0,0013	0,551
	20	0,0014	0,600
	50	0,0016	0,648
	100	0,0016	0,683
Глицерин	50	0,0007	0,283
	100	0,0007	0,288
Гудрон	20	0,0007	0,3
Лак бакелитовый	20	0,0007	0,29
Масло вазелиновое	0	0,0003	0,126
	50	0,0003	0,122
	100	0,0003	0,119
Масло касторовое	0	0,0004	0,184
	50	0,0004	0,177
	100	0,0004	0,172
Спирт метиловый	0	0,0005	0,214
	50	0,0005	0,207
Спирт этиловый	0	0,0004	0,188
	50	0,0004	0,177
Толуол	0	0,0003	0,142
	50	0,0003	0,129
	100	0,0003	0,119
Газы
Азот	15	0,00006	0,0251
Аргон	20	0,00004	0,0177
	41	0,00004	0,0187
Вакуум (абсолютный)	20	0	0
Водород	15	0,00042	0,1754
Воздух	20	0,00006	0,0257
Гелий	43	0,00037	0,1558
Кислород	20	0,00006	0,0262
Ксенон	20	0,00001	0,0057
Метан	0	0,00007	0,0307
Углекислый газ	20	0,00004	0,0162
Дерево
Древесина - доски	20	0,0004	0,15
Древесина - фанера	20	0,0004	0,15
Древесина твердых пород	20	0,0005	0,2
Древесно-стружечная плита ДСП	20	0,0005	0,2
Дуб вдоль волокон	20	0,0008–0,001	0,35–0,43
Дуб поперек волокон	20	0,0004–0,0005	0,2–0,21
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)	20	0,0004	0,15
Опилки - засыпка	20	0,0002	0,095
Опилки древесные сухие	20	0,0002	0,065
Сосна вдоль волокон	20	0,0009	0,38
Сосна поперек волокон	20	0,0004	0,15
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450...550 кг/куб.м, 15 % влажности)	20	0,0004	0,15
Сосна смолистая (600...750 кг/куб.м, 15 % влажности)	20	0,0006	0,23
Минералы
Алмаз	20	2,15-5,50	900-2300
Кварц	20	0,019	8
Горные породы
Глинозем	20	0,006	2,33
Гравий	20	0,0009	0,36
Гранит, базальт	20	0,008	3,5
Грунт 10 % воды	20	0,004	1,75
Грунт 20 % воды	20	0,005	2,1
Грунт песчаный	20	0,003	1,16
Грунт сухой	20	0,0009	0,4
Грунт утрамбованный	20	0,003	1,05
Известняк	20	0,004	1,7
Камень	20	0,003	1,4
Песок 0 % влажности	20	0,0008	0,33
Песок 10 % влажности	20	0,002	0,97
Песок 20 % влажности	20	0,003	1,33
Песчаник обожженный	20	0,004	1,5
Сланец	20	0,005	2,1
Различные материалы
Алебастровые плиты	20	0,001	0,47
Асбест (шифер)	20	0,0008	0,35
Асбест волокнистый	20	0,0003	0,15
Асбестоцемент	20	0,004	1,76
Асбоцементные плиты	20	0,0008	0,35
Асфальт	20	0,002	0,72
Асфальт в полах	20	0,002	0,8
Бетон на каменном щебне	20	0,003	1,3
Бетон на песке	20	0,002	0,7
Бетон пористый	20	0,003	1,4
Бетон с каменным щебнем	20	0,003	1,28
Бетон сплошной	20	0,004	1,75
Бетон термоизоляционный	20	0,0004	0,18
Битум	20	0,001	0,47
Бумага	20	0,0003	0,14
Бумага промасленная	20	0,0004	0,15
Бумага сухая	20	0,0002	0,1
Вата минеральная легкая	20	0,0001	0,045
Вата минеральная тяжелая	20	0,0001	0,055
Вата хлопковая	20	0,0001	0,055
Вермикулитовые листы	20	0,0002	0,1
Войлок асбестовый	20	0,0001	0,052
Войлок шерстяной	20	0,0001	0,045
Гипс строительный	20	0,0008	0,35
Гравий (наполнитель)	20	0,002	0,93
Железобетон	20	0,004	1,7
Зола древесная	20	0,0004	0,15
Известь-песок раствор	20	0,002	0,87
Иней	20	0,001	0,47
Ипорка (вспененная смола)	20	0,0001	0,038
Камышит (плиты)	20	0,0003	0,105
Картон	20	0,0003–0,0008	0,14–0,35
Картон строительный многослойный	20	0,0003	0,13
Картон теплоизолированный БТК-1	20	0,0001	0,04
Керамзитобетон	20	0,0005	0,2
Кирпич кремнеземный	20	0,0004	0,15
Кирпич пустотелый	20	0,001	0,44
Кирпич силикатный	20	0,002	0,81
Кирпич сплошной	20	0,002	0,67
Кирпич сплошной	20	0,002	0,67
Кирпич шлаковый	20	0,001	0,58
Кожа	20	0,0003	0,15
Лакоткань	20	0,0006	0,25
Лед	0	0,005	2,21
	-20	0,006	2,44
	-60	0,007	2,91
Обмотка непропитанная	20	0,0005–0,0010	0,2–0,4
Обмотка пропитанная	20	0,0003–0,0005	0,1–0,2
Пенобетон	20	0,0007	0,3
Пергамин	20	0,0002	0,08
Перлит	20	0,0001	0,05
Перлито-цементные плиты	20	0,0002	0,08
Плитка облицовочная	20	0,251	105
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	20	0,0001	0,036
Поролон	20	0,0001	0,04
Портландцемент раствор	20	0,001	0,47
Пробковая плита	20	0,0001	0,043
Пробковые листы легкие	20	0,0001	0,035
Пробковые листы тяжелые	20	0,0001	0,05
Рубероид	20	0,0004	0,17
Снег начавший таять	20	0,0015	0,64
Снег свежевыпавший	20	0,0003	0,105
Снег уплотненный	20	0,0008	0,35
Стекло	20	0,003	1,15
Стекловата	20	0,0001	0,05
Стекловолокно	20	0,0001	0,036
Толь бумажный	20	0,0006	0,23
Торфоплита	20	0,0001	0,065
Цементные плиты	20	0,005	1,92
Цемент-песок раствор	20	0,003	1,2
Шерсть	20	0,0001	0,05
Шлак гранулированный	20	0,0004	0,15
Шлак котельный	20	0,0007	0,29
Шлакобетон	20	0,0014	0,6
Штукатурка сухая	20	0,0005	0,21
Штукатурка цементная	20	0,002	0,9
Электрокартон	20	0,0004	0,17

weldworld.ru

Теплопроводность - сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Теплопроводность - сталь

Cтраница 2

Как изменяется теплопроводность стали при нагреве.  

Кс - теплопроводность стали; бс - расстояние от поверхности до спая термопары; е - ширина нарезки гребня шнека; Тц - температура цилиндра в месте установки термопары; Т ц - температура на поверхности раздела цилиндра и слоя гранул, является определяющей величиной для расчета коэффициента трения.  

При измерении теплопроводности сталей при температурах 400 - 500 С составной образец окружается электрической печкой 11; при температурах - 400 - 500 С используется водяная рубашка.  

Для определения теплопроводности стали был использован регулярный режим третьего рода (метод температурных волн Ангстрема) для полуограниченного стержня.  

Легирующие элементы понижают теплопроводность стали, и поэтому для легированных сталей нужен медленный и равномерный нагрев. Охлаждение их также не должно быть резким во избежание появления внутренних напряжений, трещин и коробления. Сдвиг вправо кривых начала и конца изотермического распада аустенита обеспечивает глубокую прокаливаемость легированных сталей, особенно сталей, легированных марганцем, кремнием, хромом, никелем, вольфрамом и др. В связи с этим появляется возможность применения изотермической и ступенчатой закалки для деталей крупного сечения, изготовляемых из легированных сталей.  

Легирующие элементы понижают теплопроводность стали тем больше, чем сложнее сталь по своему составу. По существующим данным трудно установить какую-либо закономерную связь между теплопроводностью легирующего элемента и степенью влияния этого элемента на теплопроводность стали, в которую он входит; можно лишь сказать, что меньшее влияние оказывает кобальт, наибольшее - хром, никель, вольфрам.  

Легирующие элементы понижают теплопроводность стали и поэтому для легированных сталей нужен медленный и равномерный нагрев. Охлаждение их также не должно быть резким, чтобы не появлялись внутренние напряжения, трещины и не происходило коробление. Введением легирующих элементов достигают глубокой прокаливаемое сталей; особенно сталей, легированных марганцем, хромом, молибденом, никелем, кремнием и др. Появляется возможность изотермической и ступенчатой закалки деталей большого сечения, изготовляемых из легированных сталей.  

Присутствие хрома снижает теплопроводность стали, ухудшает ее свариваемость.  

Большое значение имеет теплопроводность стали. Стали с аустенитной структурой обладают малой теплопроводностью. Выделяющееся при резании тепло мало поглощается изделием, а в основном концентрируется и точках резания и разогревает режущую кромку инструмента, что снижает его стойкость. Поэтому, несмотря на низкую твердость, аустенитные стали обрабатываются плохо.  

Большое значение имеет теплопроводность стали. Стали с аустенитной структурой обладают малой теплопроводностью. Выделяющееся при резании тепло мало поглощается изделием, а в основном концентрируется в точках резания и разогревает режущую кромку инструмента, что снижает его стойкость. Поэтому, несмотря на низкую твердость, аустенитные стали обрабатываются плохо.  

С повышением температуры теплопроводность сталей уменьшается; однако чем больше легирующих растворено в твердом растворе, тем это снижение менее значительно.  

В обоих случаях теплопроводность стали труб принята А.  

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Теплопроводность - сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Теплопроводность - сталь

Cтраница 3

С увеличением содержания углерода теплопроводность стали уменьшается. Меньшей теплопроводностью обладают легированные стали.  

Следует учитывать, что теплопроводность стали почти в десять раз ниже, чем у меди, поэтому стальная вставка должна быть возможно тоньше.  

С переходом в аустенит теплопроводность стали вновь начинает расти.  

Легирующие элементы значительно понижают теплопроводность стали. Теплопроводность легированной стали может быть в несколько раз ниже теп лопроводпости простой углеродистой, поэтому легированную сталь следует нагревать при термической обработке более медленно и равномерно, чем углеродистую. В противном случае возможно коробление изделий или появление трещин.  

Здесь предполагается, что теплопроводность стали в направлениях х ж у одинакова. Зависимость температуры от и изложницы показана на фиг.  

Некоторые легирующие элементы уменьшают теплопроводность стали, поэтому при нагреве и охлаждении в легированных сталях образуются большие внутренние напряжения. Скорость нагрева этих сталей должна быть меньше, чем углеродистой стали. Некоторые легирующие элементы уменьшают скорость диффузии, поэтому при термической обработке легированных сталей требуется давать длительные выдержки, достаточные для полного протекания диффузионных процессов, необходимых для выравнивания химического состава.  

Теплопроводность графитопласта АТМ-1 близка к теплопроводности стали, марки Ст.  

Следует отметить, что коэффициент теплопроводности стали очень высок, поэтому температура внутренней поверхности трубы незначительно отличается от температуры наружной ее поверхности.  

Перед проведением опытов по определению теплопроводности стали 1Х18Н9Т установка была проверена путем определения X меди. Это значение определяет и ошибку при измерении лучистых потоков.  

Следует отметить, что благодаря невысокой теплопроводности сталей (особенно аустенитных) заметное понижение температуры наблюдается только у основания лопатки, далее к периферии температура лопатки растет, быстро достигая температуры торможения обтекающего газа.  

Страницы:      1    2    3    4

Cтраница 3

Теплопроводность эмалевого покрытия даже обычной эмалью достаточно низка, - 0 8 - 1 0 Ватт на метр градус. Для сравнения: теплопроводность железа - 65; стали - 70 - 80; меди - 330 Ватт на метр градус. При наличии пузырьков газа в эмали, что приводит к снижению кажущейся плотности ее, теплопроводность снижается. Например, при кажущейся плотности эмали 2 48 грамм на сантиметр кубический теплопроводность равна 1 18 Ватт на метр градус, то при кажущейся плотности 2 20 грамм на сантиметр кубический теплопроводность равна уже 0 46 Ватт на метр градус.  

Кристаллическая решетка алюминия состоит, как и у многих других металлов, из гра-нецентрированных кубов (см. стр. Теплопроводность алюминия вдвое больше теплопроводности железа и равна половине теплопроводности меди. Его электропроводность намного выше электропроводности железа и достигает 60 % электропроводности меди.  

Состав, и механические свойства некоторых хромистых чугунов.

Сплав весьма склонен к образованию усадочных раковин. Теплопроводность сплава составляет около половины теплопроводности железа, что следует принимать во внимание при изготовлении тепловой аппаратуры из хромистого чугуна.  

При дуговой сварке меди следует учесть, что теплопроводность меди примерно в шесть раз больше теплопроводности железа. С прочность меди настолько снижается, что уже при легких ударах образуются трещины. Плавится медь при температуре 1083 С.  

Модуль упругости титана почти вдвое меньше модуля упругости железа, находится на одном уровне с модулем медных сплавов и значительно выше, чем у алюминия. Теплопроводность титана низкая: она составляет около 7 % от теплопроводности алюминия и 16 5 % от теплопроводности железа. Это необходима учитывать при нагреве металла для обработки давлением и при сварке. Электросопротивление титана примерно в 6 раз больше чем у железа и в 20 раз больше, чем у алюминия.  

Модуль упругости титана почти вдвое меньше модуля упругости железа, находится на одном уровне с модулем медных сплавов и значительно выше, чем у алюминия. Теплопроводность, титана низкая: она составляет около 7 % от теплопроводности алюминия и 16 5 % от теплопроводности железа.  

Этот материал обладает удовлетворительной механической прочностью и исключительно высокой химической стойкостью почти ко всем, даже наиболее агрессивным химическим реагентам, за исключением сильных окислителей. Кроме того, он отличается от всех прочих неметаллических материалов высокой теплопроводностью, более чем в два раза превышающей теплопроводность железа.  

Всем этим требованиям удовлетворяют железо, углеродистые и низколегированные конструкционные стали при невысоком содержании углерода: температура плавления железа 1535 С, горения 1200 С, температура плавления оксида железа - 1370 С. Тепловой эффект реакций окисления достаточно высок: Fe 0 5О2 FeO 64 3 ккал / г-моль, 3Fe 2О2 Fe3O4 Н - 266 9 ккал / г-моль, 2Fe 1 5О2 Fe2O3 198 5 ккал / г-моль, а теплопроводность железа является ограниченной.  

Титан и его сплавы благодаря высоким физико-химическим свойствам все больше применяют в качестве конструкционного материала для авиационной и ракетной техники, химического машиностроения, приборостроения, судо - и машиностроения, в пищевой и других отраслях промышленности. Титан почти в два раза легче стали, его плотность 4 5 г / см3, он обладает высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью при нормальных и высоких температурах и во многих активных средах, теплопроводность титана почти в четыре раза меньше теплопроводности железа.  

Одно из таких решений заключается в том, что навитую на охлаждаемую поверхность трубу сваркой лишь прихватывают к этой поверхности, после чего стык трубы с кожухом покрывают эпоксидной смолой, смешанной с железным порошком. Теплопроводность смеси близка к теплопроводности железа. В результате создается хороший тепловой контакт между кожухом и трубой, улучшающий условия охлаждения кожуха.  

Всем этим условиям удовлетворяют железо и углеродистые стали. Окислы FeO и Fe304 плавятся при температурах 1350 и 1400 С. Теплопроводность железа по сравнению с другими конструкционными материалами не велика.  

Для металлов, работающих при низких температурах, очень важно и то, как изменяется их теплопроводность при изменении температуры. Теплопроводность стали с понижением температуры повышается. Чистое железо очень чувствительно к Изменению температуры. В зависимости от количества примесей теплопроводность железа может резко меняться. Чистое железо (99 7 %), содержащее 0 01 % С и 0 21 % О2, имеет теплопроводность 0 35 кал см-1 с - 19С - при - 173 С и 0 85 кал см - х Хс - 10С - при-243 С.  

Наиболее широко применяется пайка паяльником, газовыми горелками, погружением в расплавленный припой и в печах. Ограничения в ее применении вызваны лишь тем, что паяльником можно осуществлять пайку только тонкостенных деталей при температуре 350 С. Массивные детали вследствие большой теплопроводности, превышающей в 6 раз теплопроводность железа, паяют газовыми горелками. Для трубчатых медных теплообменников применяется пайка погружением в расплавы солей и припоев. При пайке погружением в расплавы солей используют, как правило, соляные печи-ванны. Соли обычно служат источником тепла и оказывают флюсующее действие, поэтому дополнительного флюсования при пайке не требуется. При пайке погружением в ванну с припоем предварительно офлюсованные детали нагревают в расплаве припоя, который при температуре пайки заполняет соединительные зазоры. Зеркало припоя защищают активированным углем или инертным газом. Недостатком пайки в соляных ваннах является невозможность в ряде случаев удаления остатков солей или флюса.  

Тепло - это одна из форм энергии, которая заключена в движении атомов в веществе. Энергию этого движения мы и измеряем термометром, хоть и не напрямую.
Как и все другие виды энергии, теплота может передаваться от тела к телу. Происходит это всегда, когда есть тела разной температуры. При этом им необязательно даже находиться в соприкосновении, так существует несколько способов передачи тепла. А именно:

Теплопроводность. Это передача тепла при непосредственном контакте двух тел. (Тело может быть и одно, если его части разной температуры.) При этом чем больше разность температур тел и чем больше площадь их контакта - тем больше тепла передаётся каждую секунду. Помимо этого, количество передаваемого тепла зависит от материала - например, большинство металлов хорошо проводят тепло, а дерево и пластик - гораздо хуже. Величину, характеризующую эту способность передавать тепло, тоже называют теплопроводностью (более корректно - коэффициент теплопроводности), что может приводить к некоторой путанице.

Если необходимо измерить теплопроводность какого-либо материала, то обычно это проводят в следующем эксперименте: изготовляется стержень из интересующего материала и один его конец поддерживается при одной температуре, а другой - при отличной, например более низкой, температуре. Пусть, например, холодный конец будет помещён в воду со льдом - таким образом будет поддерживаться постоянная температура, а измеряя скорость таяния льда можно судить о количестве полученного тепла. Деля количество тепла (а вернее - мощность) на разность температур и поперечное сечение стержня и умножая на его длину, получаем коэффициент теплопроводности, измеряющийся, как следует из вышенаписанного, в Дж*м/К*м 2 *с, то есть в Вт/К*м. Ниже вы видите таблицу теплопроводности некоторых материалов.

Материал	Теплопроводность, Вт/(м·K)
Алмаз	1001—2600
Серебро	430
Медь	401
Оксид бериллия	370
Золото	320
Алюминий	202—236
Кремний	150
Латунь	97—111
Хром	107
Железо	92
Платина	70
Олово	67
Оксид цинка	54
Сталь	47
Оксид алюминия	40
Кварц	8
Гранит	2,4
Бетон сплошной	1,75
Базальт	1,3
Стекло	1-1,15
Термопаста КПТ-8	0,7
Вода при нормальных условиях	0,6
Кирпич строительный	0,2—0,7
Древесина	0,15
Нефтяные масла	0,12
Свежий снег	0,10—0,15
Стекловата	0,032-0,041
Каменная вата	0,034-0,039
Воздух (300 K, 100 кПа)	0,022

Как видно, теплопроводность различается на много порядков. Удивительно хорошо проводят тепло алмаз и оксиды некоторых металлов (по сравнению с другими диэлектриками), плохо проводят тепло воздух, снег и термопаста КПТ-8.

Но мы привыкли считать, что воздух хорошо проводит тепло, а вата - нет, хотя она может на 99% состоять из воздуха. Дело в конвекции. Горячий воздух легче холодного, и "всплывает" наверх, порождая постоянную циркуляцию воздуха вокруг нагретого или сильно охлаждённого тела. Конвекция на порядок улучшает теплопередачу: при её отсутствии было бы очень затруднительно вскипятить кастрюлю воды, не перемешивая её постоянно. А в диапазоне от 0°С до 4°С вода при нагревании сжимается , что приводит к конвекции в противоположном от привычного направлении. Это приводит к тому, что независимо от температуры воздуха, на дне глубоких озёр температура всегда устанавливается равной 4°C

Для уменьшения теплоотдачи из пространства между стенками термосов откачивают воздух. Но надо отметить, что теплопроводность воздуха мало зависит от давления вплоть до 0,01мм рт.ст, то есть границы глубокого вакуума. Этот феномен объясняется теорией газов.

Ещё один способ теплопередачи - это излучение. Все тела излучают энергию в виде электромагнитных волн, но только достаточно сильно нагретые (~600°С) излучают в видимом нами диапазоне. Мощность излучения даже при комнатной температуре достаточно большая - порядка 40мВт с 1см 2 . В пересчёте на площадь поверхности человеческого тела (~1м 2) это составит 400Вт. Спасает лишь то, что в привычном нам окружении все тела вокруг также излучают с примерно той же мощностью. Мощность излучения, кстати, сильно зависит от температуры (как T 4) , согласно закону Стефана-Больцмана . Расчёты показывают, что, например, при 0°С мощность теплового излучения примерно в полтора раза слабее, чем при 27°С.

В отличие от теплопроводности, излучение может распространяться в полном вакууме - именно благодаря нему живые организмы на Земле получают энергию Солнца. Если теплопередача излучением нежелательна, то её минимизируют, ставя непрозрачные перегородки между холодным и горячим объектами, либо уменьшают поглощение излучения (и испускание, кстати, в ровно той же степени), покрывая поверхность тонким зеркальным слоем металла, например, серебра.

• Данные по теплопроводности взяты из Wikipedia, а туда они попали из справочников, таких, как:

• «Физические величины» под ред. И. С. Григорьева
• CRC Handbook of Chemistry and Physics

• Более строгое описание теплопроводности можно найти в учебнике по физике, например в «Общей физике» Д.В.Сивухина (Том 2). В 4 томе есть глава, посвящённая тепловому излучению (в т.ч. закону Стефана-Больцмана)