Что лучше проводит тепло медь железо алюминий или дерево: Что лучше проводит тепло алюминий или медь

Содержание

Теплопроводность – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Участник: Шароглазова Ксения Сергеевна

Руководитель: Печерская Светлана Юрьевна

Цель данной работы: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Актуальность: В наше время разрабатываются новые материалы. Знания о теплопроводности различных веществ позволяет не только широко использовать их, но и предотвращать их вредное воздействие в быту, технике и природе.

Цель: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Задачи:

изучить теоретический материал по данному вопросу;

исследовать теплопроводность твердых тел;

исследовать теплопроводность жидкостей;

исследовать теплопроводность газов;

сделать выводы о полученных результатах.

Гипотеза: все вещества (твердые, жидкие и газообразные) имеют разную теплопроводность.

Оборудование: спиртовка, штатив, деревянная палочка, стеклянная палочка, медная проволока, пробирка с водой.

Элементы УМК к учебнику А.В.Перышкина: учебник «Физика. 8 класс» А.В.Перышкина

Содержание работы

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. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Видео: https://cloud.mail.ru/public/JCFY/CFTcCeqhE

Опыт 1

. Исследование теплопроводности твердых тел на примере деревянной палочки, стеклянной палочки и медного стержня

Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится.

Вывод: дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.

Вывод: 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.

Вывод: металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Опыт 2. Исследование теплопроводности жидкостей на примере воды

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Вывод: теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности металлов.

Опыт 3. Исследование теплопроводности газов

Исследуем теплопроводность газов.

Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел.

Вывод: теплопроводность у газов еще меньше, чем у жидкостей. Итак, теплопроводность у различных веществ различна.

Выводы и их обсуждение

Вывод: Проведенные опыты показывают, что теплопроводность у различных веществ различна. Наибольшей теплопроводность обладают металлы, у жидкостей теплопроводность невелика и самая малая теплопроводность у газов.

Используя §4 учебника физики для 8 класса, представим результаты в виде таблицы:

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ХОРОШАЯ

ПЛОХАЯ

металлы (серебро, медь, железо)

жидкости (вода)

газы (воздух)

вакуум

пористые тела, пробка, бумага, стекло, кирпич, пластмассы

волосы, перья птиц, шерсть

вата, войлок

Объяснение явления теплопроводности с молекулярно-кинетической точки зрения: теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В металлах частицы расположены близко, они постоянно взаимодействуют друг с другом. Скорость колебательного движения в нагретой части металла увеличивается и быстро передается соседним частицам. Повышается температура следующей части проволоки. В жидкостях и газах молекулы расположены на больших расстояниях, чем в металлах. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Применение теплопроводности

Теплопроводность на кухне

Теплопроводность и ее регулировка важны в процессе приготовления пищи. Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы (медь, алюминий…), так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Когда они соприкасаются с источником тепла, это тепло легко передается пище. Иногда бывает необходимо уменьшить теплопроводность — в этом случае используют кастрюли из материалов с более низкой теплопроводностью, или готовят способами, при которых пище передается меньшее количество тепла. Приготовление блюд на водяной бане — один из примеров уменьшения теплопроводности. Для посуды, предназначенной для приготовления пищи, не всегда используют материалы с высокой теплопроводностью. В духовом шкафу, например, часто используют керамическую посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Их самое главное преимущество — способность держать температуру. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне — плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью.

Материалы с невысокой теплопроводностью также используют для поддержания температуры пищи неизменной. Так, например, чтобы утренний кофе или суп, который берут в путешествие или на обед на работу, оставался горячим, его наливают в термос, чашку или банку с хорошей теплоизоляцией. Чаще всего в них пища остается горячей (или холодной) благодаря тому, что между их стенками находится материал, плохо проводящий тепло. Это может быть пенопласт или воздух, который находится в закрытом пространстве между стенками сосуда. Он не дает теплу перейти в окружающую среду, пище — остыть, а рукам — получить ожог. Пенопласт используют также для стаканчиков и контейнеров для пищи навынос. В вакуумном сосуде Дьюара (известном как «термос», по названию торговой марки) между наружной и внутренней стенкой почти нет воздуха — это еще больше уменьшает теплопроводность.

Отопительная система

Задача любой системы отопления является эффективная передача энергии от теплоносителя (горячей воды) в помещение. Для этого используют специальные элементы системы отопления – радиаторы. Радиаторы предназначены для повышения теплопередачи накопившейся в системе тепловой энергии в помещение. Они представляют собой секционную или монолитную конструкцию, внутри которой циркулирует теплоноситель. Основные характеристики радиатора отопления: материал изготовления, тип конструкции, габаритные размеры (кол-во секций), теплоотдача. Чем выше этот показатель, тем меньше тепловых потерь будет при передаче энергии от теплоносителя в помещение. Лучший материал для изготовления радиаторов – это медь. Наиболее часто используют чугунные радиаторы; алюминиевые радиаторы; стальные радиаторы; биметаллические радиаторы.

Теплопроводность для тепла

Мы используем материалы с низкой теплопроводностью для поддержания постоянной температуры тела. Примеры таких материалов — шерсть, пух, и синтетическая шерсть. Кожа животных покрыта мехом, а птиц — пухом с низкой теплопроводностью, и мы заимствуем эти материалы у животных или создаем похожие на них синтетические ткани, и делаем из них одежду и обувь, которые защищают нас от холода. Кроме этого мы делаем одеяла, так как спать под ними удобнее, чем в одежде. Воздух имеет низкую теплопроводность, но проблема с холодным воздухом в том, что обычно он может свободно двигаться в любом направлении. Он вытесняет теплый воздух вокруг нас, и нам становится холодно. Если движение воздуха ограничить, например, заключив его между внешней и внутренней стенками сосуда, то он обеспечивает хорошую термоизоляцию. У снега и льда тоже низкая теплопроводность, поэтому люди, животные и растения используют их для теплоизоляции. В свежем не утрамбованном снеге внутри находится воздух, что еще больше уменьшает его теплопроводность, особенно потому, что теплопроводность воздуха ниже теплопроводности снега. Благодаря этим свойствам, ледяной и снежный покров защищает растения от замерзания. Животные роют ямки и целые пещеры для зимовья в снегу. Путешественники, переходящие через заснеженные районы, иногда роют подобные пещеры, чтобы в них переночевать. С древнейших времен люди строили убежища изо льда, а сейчас создают целые развлекательные центры и гостиницы. В них часто горит огонь, и люди спят в мехах и синтетических спальных мешках.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности в организме людей и животных необходимо поддерживать определенную температуру в очень узких пределах. У крови и других жидкостей, а также у тканей разная теплопроводность и ее можно регулировать в зависимости от потребностей и окружающей температуры. Так, например, организм может изменить количество крови на участке тела или во всем организме с помощью расширения или сужения сосудов. Наше тело также может сгущать и разжижать кровь. При этом теплопроводность крови, а, следовательно, и части тела, где эта кровь течет, изменяется.

Теплолечение

Современные методы лечения теплом могут быть разделены на три большие группы: 1) контактное приложение нагретых сред; 2) светотепловое облучение и 3) использование теплоты, образующейся в тканях при прохождении высокочастотного электрического тока. Остановимся на использовании нагретых сред. Для теплолечения выбираются среды, позволяющие создать в них значительный запас теплоты. Эта теплота затем должна медленно и постепенно передаваться организму во все время процедуры. Для этого среда должна иметь, возможно, высокую теплоемкость и сравнительно низкие теплопроводность и конвекционную способности. Для теплолечения в основном применяют следующие среды: воздух, воду, торф, лечебные грязи и парафин.

Теплопроводность в бане

Многие любят отдыхать в саунах или банях, но сидеть там на скамейках из материала с высокой теплопроводностью — было бы невозможно. Требуется много времени, чтобы сравнять температуру таких материалов с температурой тела, поэтому вместо них используют материалы с низкой теплопроводностью, например дерево, верхние слои которого намного быстрее принимают температуру тела. Так как в сауне температура поднимается достаточно высоко, люди часто надевают на голову шапочки из шерсти или войлока, чтобы защитить голову от жары. В турецких банях хамамах температура намного ниже, поэтому там для скамеек используют материал с более высокой теплопроводностью — камень.

Интересные факты о теплопроводности

Тепло ли колючим зверям в иголках?

Шерсть не только спасает зверей от холода, но и служит средством защиты. А чтобы защита была внушительнее и надежнее, волосяной покров порой видоизменяется, превращаясь в своеобразные доспехи. Иглы, например. Но вот сохраняет ли такое облачение присущие шерсти свойства, не зябнут ли ежи и дикобразы в своих колючих шубках?

Ученые Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северова РАН обстоятельно изучили теплопроводные и теплоизоляционные свойства иголок, взятых со спины взрослого самца североамериканского дикобраза из коллекции Зоологического музея МГУ, и убедились, что греют эти самые иголки очень даже неплохо. Чтобы понять внутреннюю структуру игл, на них делали тонкие срезы, на которые напыляли золото для исследования в электронном микроскопе. Кератин — главная составляющая иголок — проводит тепло в 10 раз лучше, чем воздух. И благодаря этому иглы увеличивают теплопроводность «доспехов». Следовательно, возрастают и потери тепла с тела животного. Однако внутренняя пористая структура игл создает дополнительное экранирование теплового излучения, что, скорее всего, и компенсирует увеличение теплопроводности. Так что дикобраз, как и другие колючие звери, вовсе не страдает от холода. Иглистый покров сохраняет ровно столько тепла, сколько нужно теплокровному животному такого размера.

Полипропилен

Пока является лучшей основой для материалов (волокон, нитей, пряжи, полотен, тканей), используемых в производстве нательной спортивной одежды, термобелья и термоносков. Среди всех синтетических материалов, применяемых в этой области, он обладает самой низкой теплопроводностью. Поэтому одежда из полипропилена позволяет наилучшим образом сохранить тепло зимой и прохладу летом.

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

Материалом с наивысшей теплопроводностью является вовсе не какой-нибудь металл (серебро или медь), как думают многие. Самую высокую теплопроводность имеет материал, который похож на стекло – алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше, чем у серебра или меди. Если изготовить чайную ложечку из алмаза, то воспользоваться ею не удастся, так как она будет обжигать пальцы в ту же секунду.

Из чего изготавливают сваи при строительстве зданий в регионах с вечной мерзлотой?

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними. Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту. Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала, внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.

«Огнеупорный шарик»

Обычный воздушный шарик, надутый воздухом, легко воспламеняется в пламени свечи. Он тут же лопается. Если же к пламени свечи поднести такой же шарик, заполненный водой, он становится «огнеупорным». Теплопроводность воды в 24 раза больше, чем у воздуха. Значит, вода проводит тепло в 24 раза быстрее, чем воздух. Пока вода не испарится внутри шарика – он не лопнет.

8 Теплопроводность. Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей

Теплопроводность

Для опыта нам потребуются: алюминиевая ложка или кусок толстой медной проволоки, деревянная ложка или обычный карандаш, чашка с кипятком.

Знаешь ли ты, мой уважаемый читатель, почему баню или сауну изнутри обшивают деревом? Более того, если дерево для лавки прибивают гвоздями, то шляпки гвоздей забивают так, чтобы они были ниже поверхности дерева. Зачем это делают?

Представим себе, что в парилке, где температура достигает 110 градусов (а иногда и выше!), один из гвоздей немного выскочил наружу и голой кожей вы коснулись металла. Немедленно возникнет ощущение боли, и небольшой ожог обеспечен. Но как же так, ведь температура поверхности дерева и температура поверхности гвоздя должны быть одинаковыми!

Действительно, температура поверхности и металла, и дерева в одном и том же помещении одинаковая. Дело в том, что температура – это еще не самое главное. Есть такое понятие, как теплопроводность.

Что это означает? Это означает то, как вещество, из которого состоит предмет, пропускает (проводит) через себя тепло. Тепло можно представить себе как невидимую воду, текущую через все предметы. Есть только одно правило, которому эта «вода» – или тепло – подчиняется. Тепло всегда перетекает от более теплого тела к более холодному.

Именно поэтому было время, когда ученые думали, что наш мир через много-много лет ожидает «тепловая смерть». Ведь если все теплые тела отдадут тепло более холодным, нагревая их, то настанет такой момент, когда все тела станут одинаковой температуры. И все процессы, все движение, все реакции (например, переваривание пищи в желудке) станут невозможными. Мир как бы будет остановлен. (На самом деле, во-первых, до этого еще так далеко, что и нам, и нашим прапрапрапрапраправнукам эта опасность не грозит. Во-вторых, ученые потом подумали получше и поняли, что вселенная может оказаться бесконечной и тогда «тепловая смерть» не наступит.)

Итак, разные тела проводят тепло по-разному. Очень хорошо проводят тепло металлы. Металлы для тепла – как широкие речки, по ним тепло быстро и далеко течет.

Если начать охлаждать (или нагревать) любую часть металлического предмета, то очень быстро тепло распространяется на весь предмет (или весь предмет охлаждается). Кстати, если металл охладить до невероятно низкой температуры, то у металла начинают проявляться просто фантастические свойства. Например, пущенный по металлу ток будет бежать вечно, никогда не ослабляясь. В обычных проводах ток потихонечку слабеет с расстоянием и через несколько тысяч километров может почти совсем исчезнуть. (Ток, как и тепло, лучше всего поначалу представлять в виде воды. Вода в реке быстрее течет у истока и медленнее – у устья.)

Другие материалы проводят тепло хуже и отдают тепло только с поверхности. Дерево, например, почти вообще не проводит тепло. Это уже не «речка», а плотина какая-то! Чем хуже проводит тепло материал, тем лучше им защищаться от холода (или жары). Например, обычный жир очень плохо проводит тепло (у него низкая теплопроводность, как сказали бы физики). Поэтому все теплокровные животные, живущие в холодных морях или на севере, такие жирные. Тюлень, белый медведь, каланы, морские львы и котики – посмотрите на них: жировой слой с его плохой теплопроводностью служит им скафандром, одеялом, укутывающим их с ног до головы. Проведем простой опыт. Для него нам понадобятся две ложки: деревянная и алюминиевая. Если у тебя не найдется в доме деревянной ложки, возьми деревянную палочку или обычный карандаш. Вместо алюминиевой ложки можно взять кусок толстой медной проволоки. Вскипяти чайник и налей кипятка в обычную чашку. Теперь возьми в одну руку деревянную ложку (карандаш), а в другую – алюминиевую (кусок проволоки) и опусти обе в кипяток. Некоторое время ты можешь размешивать кипяток и той и другой ложкой. Но скоро металл придется бросить – он сильно нагревается.

Теперь нам ясно, как отличаются вещества по теплопроводности. Ведь температура воды в чашке одна и та же, а тепло, бегущее по опущенным в воду предметам, передается по-разному. Еще можно представить, что если тепло – это невидимая жидкость, то металл – это удобный шланг, по которому жидкость бежит быстро. А дерево, пластмасса – это губка, которая, хоть и впитывает тепло, но медленно и отдает неохотно.

И нам становится ясно, почему в бане (сауне) гвозди забивают глубоко, чтобы не торчали шляпки наружу. Это все из-за теплопроводности!

Практический совет: никогда не дотрагивайся языком до железных предметов на морозе. Жидкость, которая содержится на языке, с такой скоростью отдает свое тепло металлу (ведь у металла хорошая теплопроводность!), что мгновенно превращается в лед, и язык прочно пристывает, примерзает к металлу. Но уж если такое произошло, надо чтобы кто-нибудь налил большую кружку теплой воды и лил на металл и язык. Когда металл в этом месте нагреется, лед растает и язык отлипнет от металла сам.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Почему металлические предметы всегда прохладные на ощупь, даже если находятся в теплом помещении?

Батарей
11.05.2011 09:02
Ответить
То есть теплопередача осуществляется свободными электронами? А можно ссылочку на более подробную информацию об участии электронов в проведении тепла? И чем в таком случае объяснить высокую теплопроводность и низкую электропроводность алмаза?
Ответить
- Vladimir_V
  Батарей 19.07.2012 17:26
  Ответить
  Это вопрос уже несколько за пределами темы. Ключевой момент — теплопроводность, а уже ее генезис — вторичен.
  Кстати, недавно появился новый материал — вспененный никель с микрокапсулами. Теплопроводность — как у пенопласта. А ведь это металл!
  Но такой металл будет на ощупь много теплее любого дерева.
  Ответить
taras
Батарей 10.10.2017 12:31
Ответить
Тем, что электроны — не единственный переносчик. Электроны проводимости — лучший переносчик, из имеющихся в твёрдых телах. Но ещё лучше тепло переносятся молекулами жидкости или газа. Или атомами в случае одноатомного газа, или металлического расплава. Но не всегда, а только при эффективной конвекции. Если греть сверху, то тепло атомами и молекулами жидкостей и газов переносится очень плохо. Поэтому то вата — хороший тепло-изолятор: там очень затруднена конвекция. И несколько хуже, чем электроны, но иногда тоже не плохо тепло переносится атомами кристалла. Если убрать один переносчик, то определяющее значение получает следующий. В кристалле алмаза тепло хорошо передают атомы самого кристалла, в металле они бы это делали не хуже, да вот беда — электроны проводимости уже переносят слишком большую тепловую мощность и самому кристаллу остаются крохи.
Ответить

aif
18.05.2011 14:44

Ответить

Все просто. В металлах переносят тепло в основном электроны (смотреть Видемана -Франца закон). В алмазе нет свободных электронов, и теплопроводность осуществляется за счет колебаний атомов в решетке (фононы).

Ответить

TutorState.com
01.07.2011 01:40

Ответить

В ответе не всё правильно, хотя сама ссылка на теплопроводность предметов, как причину, правильная. Главная «фишка» в том, что нервные клетки, служащие датчиками температуры, расположены не в предмете, конечно, а в вашей коже и мерят, фактически, не температуру предмета, а температуру кожи, касающуюся предмета. А дальше как было обьяснено: если теплопроводность предмета высокая, то поверхностная часть кожи, где находятся нервные клетки, меняет температуру в сторону температуры предмета, и, разумеется, чем выше теплопроводность предмета, тем это изменение выше. Поэтому при комнатной температуре, которая ниже температуры тела, когда кожа соприкосается только с воздухом, температура того слоя кожи человека, где располагаются нервные клетки, достаточно далека от температуры воздуха, так как теплопроводность воздуха очень маленькая, но мы воспринимаем «показания» нервных клеток как температуру воздуха. Но вот мы коснулись поверхности металла, имеющего ту же комнатную температуру, и из-за повышения теплопроводности понижается температура кожи, и мы чуствуем это, но воспринимаем как то, что металл холоднее.

Ответить

silly_sad
16.09.2011 11:52

Ответить

вообще рубрика гениальная.
но этот ответ мне категорически не понравился — его способен понять только тот (кто уже знает о теплопроводности (додумать то (чего автор стыдливо умалчивает) (типо так станет понятнее детем. ага!)))

а вообще типовое отношение к детям…
и никаких им картинок не доросли ещё!

хотя теплопроводность вполне объяснима на пальцах

Ответить

Neznayka
29.03.2012 15:18

Ответить

Извиняюсь, но последний комментарий ниочем, а ответ TutorState.com не отвечает на вопрос первого.

Согласен с silly_sad, очень даже непонятно многое, не то что детям.

Ответить

belyvil
09.09.2012 22:27

Ответить

очень прекрасные обьяснения, вообще ничего не понятно о чем тут коментируют детям. прежде чем сказать нужно думать

Ответить

balexei
19.10.2012 22:45

Ответить

Где можно прочитать о свойствах «вспененного никеля с микрокапсулами»?

Ответить

Q33NY
03.03.2013 17:31

Ответить

Ещё хочется уточнить, что температурные рецепторы кожи чувствуют не столько температуру, сколько её изменение. То есть ощущение тепла — это повышение температуры рецепторов, ощущение холода — понижение. Доказывается просто:
Берём ёмкость с холодной водой, ёмкость с тёплой водой и какой-нибудь предмет промежуточной температуры. Если подержать руку в холодной воде, а затем потрогать предмет, он покажется тёплым. Если подержать руку в тёплой воде, а затем потрогать предмет, он покажется холодным.

Ответить

роткив
Q33NY 21. 06.2014 22:16
Ответить
банально просто,а главное ничего не объясняет. глубже копай товарищ.
Ответить
taras
Q33NY 10.10.2017 13:09
Ответить
У человека они чувствуют именно температуру. Доказывается просто: попробуй залезть в прохладную воду и постепенно её нагреть до 40-ка градусов. Как бы медленно вода ни нагревалась, ты почувствуешь тепло. У лягушек тепловые рецепторы чувствуют производную температуры по времени. Доказывается просто: берём двух лягушек, одну бросаем в кипяток, она выпрыгивает, вторую бросаем в холодную воду и варим на медленном огне, она спокойна. Другое дело, что чем разница в температуре контрастнее, тем легче её почувствовать. Но одномоментно между двумя точками, разделёнными в пространстве, а производную температуры по времени человек не способен почувствовать вообще. Доказывается также просто: попробуй схватиться за нагретое жало паяльника, больно станет только секунд через 5. А металлурги умудрялись даже совать руки в расплав и не чувствовать при этом вообще ничего. А фокус прост: тепловая инерция больше нервной. То есть чтоб даже кожа нагрелась, нужно как минимум несколько секунд, а сравнение происходит на масштабе долей секунды, максимум где то пары третий.
Ответить

T_Im
12.05.2017 23:56

Ответить

ИМХО, в объяснении упущен главный ключевой момент: теплое помещение (следовательно, и находящиеся в нем металлические предметы), как правило, _заведомо_ холоднее человеческого тела (20+C и 30+C, почему так получилось — это уже другой детский вопрос). И уже из этого факта и высокой теплопроводности металла следует ощущение холода.

Ответить

taras
T_Im 10. 10.2017 13:16
Ответить
Чтоб почувствовать перепад в жалкие 6 градусов, нужна гиря где то под центнер. А перепад между кожей кистей рук и снегом я, например, ощущаю, когда он превышает 60 градусов. Между той же кожей и воздухом — начиная с 80-ти градусов. И или как правило, что значит обычно, то есть всё таки не всегда, или заведомо. Крокодил зелёный не может быть синим как морковка.
Ответить

taras
10.10.2017 12:19

Ответить

В большинстве случаев они тёплые. А иногда даже горячие.

Ответить

f_const
20.11.2017 09:32

Ответить

Значение имеет не только теплопроводность, но и теплоемкость, они в этом процессе на равных правах. На всякий случай приведу здесь точный результат, а уж как его объяснять детям — это отдельный вопрос. Пусть два тела с разной теплоемкостью, теплопроводностью и температурой приходят в соприкосновение по плоской поверхности. В точке контакта температура принимает значение, равное среднему взвешенному из температур тел, причем веса равны корням из произведений теплоемкости на теплопроводность. Т.е., если у нас есть тело с высокой теплопроводностью, но низкой теплоемкостью, оно тоже может быть на ощупь теплым. Температура точки контакта далее не меняется (если теплопроводности и теплоемкости постоянны, не зависят ни от температуры, ни от координаты). Это можно вывести качественным способом: на границе тел образуется своего рода общий тепловой резервуар, в котором температура близка к однородной, причем этот резервуар распространяется вглубь тел на глубины порядка корня из температуропроводности (это теплопров. деленная на теплоемкость), умноженной на время контакта. Складывая внутренние энергии частей резервуара, относящихся к разным телам, и деля на суммарную их теплоемкость, мы как раз и получим то, что написано выше.

Интересно, что температура точки контакта со временем не меняется.
То, что мы, прикасаясь к холодному предмету, со временем перестаем чувствовать холод — это следствие дополнительных факторов: конечности размера предмета (часть теплового резервуара со стороны предмета в конце концов не сможет дальше расширяться, т.е. предмет, грубо говоря, уже весь прогрелся), переноса тепла кровью (тепловой резервуар со стороны нашего тела достиг области, где перенос тепла уже не чисто теплопроводностью) или попросту снижения нервной реакции.
Интересны варианты с переменной по глубине теплопроводностью. Тот же ход размышлений приведет нас к тому, что температура точки контакта будет меняться в зависимости от того, какие области со временем включаются в тепловой резервуар. Здесь можно привести такие наглядные примеры. Если мы берем в руки кусок фольгированной теплоизоляции при комнатной температуре и ниже, мы сначала ощущаем холод — очень недолго, доли секунды, а потом — тепло. Можно сделать и наоборот — например, накрыть на холоде металлический предмет нетолстой тканью. Сначала будем ощущать слабую прохладу, со временем — более сильный холод.

Ответить

icWasya
06.05.2019 20:19

Ответить

Есть ещё класс веществ, которые хорошо проводят электрический ток, но плохо проводят тепло — сверхпроводники. Тепло сначала передаётся кристаллической решотке, а уж затем электронаь, которые разносят его по всему объёму. Свободных(почти) электронов — полно, но они никак не взаимодействуют с атомами. Жаль на ощупь это проверить нельзя 🙁

Ответить

Написать комментарий

Сталь, керамика, стекло или пластик — какой материал для пуровера лучше?

Если вкратце, лучший результат дают воронки из пластика. Они медленнее и в меньшей степени поглощают тепло воды при заваривании и почти его не удерживают. Пожалуй, это расстроит тех из наших читателей, кто обеспокоен проблемой загрязнения окружающей среды пластиком.

Чтобы разобраться, чем пластик лучше остальных материалов, вспомним уроки физики. На количество удерживаемого тепла влияют три характеристики:

Теплопроводность — величина, с помощью которой описывают, насколько быстро воронка поглощает и отдает тепло.
Удельная теплоемкость определяет количество тепла, необходимое для изменения температуры воронки.
Теплоотдача поверхности характеризует скорость, с которой воронка отдает тепло.

Теплопроводность

Возможно, вы помните еще со школьных времен, что пластик это отличный изолятор, а металл — проводник. Стекло и керамика находятся где-то посередине. Стало быть, пластик оптимален как минимум с точки зрения теплопроводности. Но насколько он превосходит другие материалы?

Материал	Акрил	Стекло	Фарфор	Нержавеющая сталь
Теплопроводность, Вт/(м*К)	0,2	1	4-5	16

(Источник: engineeringtoolbox. com)

Как видите, фарфор обладает теплопроводностью в 20-25 раз выше, чем акрил (один из распространенных типов пластика). Следовательно, воронка из него поглотит тепло воды гораздо быстрее.

Удельная теплоемкость

Далее рассмотрим, какое количество энергии способна поглотить воронка. Эта величина называется удельной теплоемкостью и измеряется в джоулях на килограмм на градус. Иными словами, она определяет, сколько джоулей энергии нужно, чтобы изменить один килограмм данного материала на один градус.

Материал	Акрил	Стекло	Фарфор	Нержавеющая сталь
Удельная теплоемкость Дж/(кг·C)	1250	753	1085	490

Как видите, для нагревания 1 кг пластика на определенное количество градусов требуется больше тепловой энергии. Однако керамическая воронка в среднем в 4 раза тяжелее пластиковой, поэтому при таком же нагревании она поглотит примерно в 3,5 раза больше тепла.

Вот, где кроется распространенное заблуждение. Бариста то и дело говорят, что предпочитают керамические воронки, «ведь они лучше держат тепло». А ведь достоинством это не назовешь: такая воронка поглощает больше тепла из жидкости в процессе заваривания.

Теплоотдача поверхности

Наконец, тепло уходит из воронки либо конвекцией, либо излучением. Скорость конвекции зависит от температуры поверхности. Материалы, обладающие более высокой теплопроводностью, быстрее доставляют тепло к поверхности. Когда тепло достигает поверхности, материалы с меньшей удельной теплоемкостью нагреваются сильнее. Значит, пластик, обладающий меньшей теплопроводностью и большей удельной теплоемкостью, отдаст гораздо меньше тепла в результате конвекции, чем другие материалы.

Скорость теплопотери излучением зависит не только от материала, но и от структуры (в том числе от гладкости) и температуры поверхности. Поэтому вычислить этот показатель крайне сложно. При одинаковой температуре стекло, фарфор и пластик потеряют в результате излучения примерно одинаковое количество тепла. Сталь отдаст излучением значительно меньше, но это нивелируется ее высокой теплопроводностью и низкой удельной теплоемкостью, из-за которых поверхность нагреется гораздо быстрее. К тому же максимальные теплопотери излучением вдвое меньше, чем конвекцией.

Воронки с двойной стенкой

С точки зрения изолирующих свойств воздух даст фору любому материалу: его теплопроводность составляет всего 0,02 Вт/(м*К). Некоторые производители воронок пользуются этим свойством, разрабатывая модели с двойной стенкой, между которыми предусмотрена воздушная прослойка. Существуют и сетчатые воронки: бумажный фильтр минимально контактирует с их стенками и максимально – с воздухом. Сами по себе такие модели удерживают тепло лучше, но даже их предпочтительнее изготавливать из пластика.

Двойные стенки стеклянных воронок в любом случае поглотят больше тепла еще до того, как воздушная прослойка успеет себя проявить. А вот аналогичная воронка из пластика справилась бы с задачей гораздо лучше.

Площадь поверхности сетчатых металлических воронок, несмотря на структуру, все равно немаленькая. А значит, в процессе заваривания она поглотит и отдаст внешней среде достаточно много тепла. Еще какое-то количество тепла вы потеряете в результате испарения с внешней поверхности фильтра (теплопотери испарением всегда очень значительны). Гораздо лучше для этого бы подошел пенополистирол – к тому же он дешевле.

Заключение

Итак, пластик выигрывает по каждому из трех критериев: он медленнее поглощает тепло из воды в процессе заваривания, в целом поглощает меньше тепла и отдает его медленнее. Конечно, важна и конструкция воронки: особую роль играют вес и площадь поверхности. Однако, какой бы ни была модель, изготавливать воронку предпочтительнее из пластика.

Автор: Метт Пергер
Источник: baristahustle.com/blog/steel-glass-ceramic
Перевод и адаптация текста: компания Barista Coffee Roasters
Копирование материала разрешено исключительно с указанием активной ссылки на ресурс: www.barista.ua и источник статьи.

Какой металл быстрее нагревается — О металле

Теплопроводность металлов

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.

Таблица 1

Металл	Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
— 100	0	100	300	700
Алюминий	2,45	2,38	2,30	2,26	0,9
Бериллий	4,1	2,3	1,7	1,25	0,9
Ванадий	—	—	0,31	0,34	—
Висмут	0,11	0,08	0,07	0,11	0,15
Вольфрам	2,05	1,90	1,65	1,45	1,2
Гафний	—	—	0,22	0,21	—
Железо	0,94	0,76	0,69	0,55	0,34
Золото	3,3	3,1	3,1	—	—
Индий	—	0,25	—	—	—
Иридий	1,51	1,48	1,43	—	—
Кадмий	0,96	0,92	0,90	0,95	0,44 (400°)
Калий	—	0,99	—	0,42	0,34
Кальций	—	0,98	—	—	—
Кобальт	—	0,69	—	—	—
Литий	—	0,71	0,73	—	—
Магний	1,6	1,5	1,5	1,45	—
Медь	4,05	3,85	3,82	3,76	3,50
Молибден	1,4	1,43	—	—	1,04 (1000°)
Натрий	1,35	1,35	0,85	0,76	0,60
Никель	0,97	0,91	0,83	0,64	0,66
Ниобий	0,49	0,49	0,51	0,56	—
Олово	0,74	0,64	0,60	0,33	—
Палладий	0,69	0,67	0,74	—	—
Платина	0,68	0,69	0,72	0,76	0,84
Рений	—	0,71	—	—	—
Родий	1,54	1,52	1,47	—	—
Ртуть	0,33	0,09	0. 1	0,115	—
Свинец	0,37	0,35	0,335	0,315	0,19
Серебро	4,22	4,18	4,17	3,62	—
Сурьма	0,23	0,18	0,17	0,17	0,21
Таллий	0,41	0,43	0,49	0,25 (400 0)
Тантал	0,54	0,54	—	—	—
Титан	—	—	0,16	0,15	—
Торий	—	0,41	0,39	0,40	0,45
Уран	—	0,24	0,26	0,31	0,40
Хром	—	0,86	0,85	0,80	0,63
Цинк	1,14	1,13	1,09	1,00	0,56
Цирконий	—	0,21	0,20	0,19	—

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.

Таблица 2

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град.

Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры.

Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

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

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град.

Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град.

А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

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.

Какой металл лучше проводит тепло

Список секций
Физика
Исследование теплопроводности различных веществ

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Проект разработан в соответствии со стандартом среднего общего образования по физике. При написании данного проекта рассмотрено изучение тепловых явлений, применение их в быту и технике.

Помимо теоретического материала большое внимание уделено исследовательской работе – это опыты, которые отвечают на вопросы «Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела», «Одинаковая ли теплопроводность различных веществ», «Почему струи теплого воздуха или жидкости поднимаются вверх», «Почему тела с темной поверхностью нагреваются сильнее»; поиск и обработка информации, фотографий. Время работы над проектом: 1 – 1,5 месяца.Цели проекта:* практическая реализация имеющихся у школьников знаний о тепловыхявлениях;* формирование навыков самостоятельной исследовательской деятельности;* развитие познавательных интересов;* развитие логического и технического мышлений;* развитие способностей к самостоятельному приобретению новых знаний по физике в соответствии с жизненными потребностями и интересами ;

2. Основная часть.

2.1. Теоретическая часть

В жизни мы действительно ежедневно встречаемся с тепловыми явлениями. Однако не всегда мы задумываемся, что эти явления можно объяснить, если хорошо знать физику. На уроках физики мы познакомились со способами изменения внутренней энергии: теплопередачей и совершением работы над телом или самим телом.

При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не сравняются (не наступит тепловое равновесие). При этом механическая работа не совершается.

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей. При теплопередаче энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Обратный процесс самопроизвольно (сам по себе) никогда не происходит, т. е. теплообмен необратим.

Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе: эволюцию звезд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и др. Виды теплопередачи : теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводностью называется явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

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.

2.2. Практическая часть.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Опыт №1

Взяли различные предметы: одну алюминевую ложку, другую деревянную, третью — пластмассовую, четвертую — из нержавеющего сплава, а пятую — серебряную. Прикрепили к каждой ложке каплями меда скрепки для бумаг. Вложили ложки в стакан с горячей водой, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Ложки нагреются, и по мере нагревания мед будет плавиться и скрепки отпадут.

Конечно, ложки должны быть одинаковые по форме и размеру. Где нагревание произойдет быстрее, тот металл лучше проводит тепло, более теплопроводен. Для этого опыта я взял стакан с кипятком и четыре вида ложек: алюминиевую, серебряную, пластмассовую и нержавеющую. Я опускал их по одной в стакан и засекал время: за сколько минут она нагреется. Вот, что у меня получилось:

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.

Особенности закалки стали

Термообработка металла изменяет его характеристики. Закалка стали делает ее тверже, прочнее. В отдельных случаях термообработку проводят для измельчения зерна, выравнивания структуры. Простую технологию нагрева и быстрого охлаждения для мелких деталей можно осуществить в домашних условиях. Необходимо знать марку стали и ее температуру нагрева для закалки.

Что такое закалка металла?

Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:

Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
Быстрое охлаждение.
Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.

В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.

По глубине обработки закалка делится на два вида:

В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.

Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.

Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.

Какие стали можно закаливать?

При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.

Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.

Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.

Температура и скорость нагрева

Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.

Свойства стали после закалки

После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:

увеличивается твердость и прочность;
уменьшается зерно;
снижается гибкость и пластичность;
повышается хрупкость;
увеличивается устойчивость к стиранию;
уменьшается сопротивление на излом.

На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.

Виды закалки стали

Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.

Закаливание в одной среде

При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.

Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.

Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.

При закалке на воде легированная сталь подогревается до 40–60⁰. Холодная жидкость будет отскакивать от горячей поверхности, образуя паровую рубашку. Скорость охлаждения значительно снизится.

Ступенчатая закалка

Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.

Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.

Изотермическая закалка

Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:

Нормализация для улучшения структуры.
Нагрев до температуры закалки.
Опускание в ванну с селитрой, прогретой до 300–350⁰, и выдержка в ней.

После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.

Светлая закалка

Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.

В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.

Закалка с самоотпуском

При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.

Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.

Способы охлаждения при закаливании

Широко используемые в промышленности способы охлаждения металла при закалке на воду и в масле. Самый древний состав для закалки мечей и других тонкостенных предметов — соляной раствор. Закалку производили кузнецы, используя нагрев под ковку и тепло, выделяемое деформацией.

Красные сабли, мечи, ножи опускали в мочу рыжих парней. В Европе их просто вонзали в тела живых рабов. Коллоидный состав, содержащий соли и кислоты, позволял с оптимальной скоростью охладить сталь и не создавать лишних напряжений и поводки.

В настоящее время используют различные солевые натриевые растворы, селитру и даже пластиковую стружку.

Как закалить сталь в домашних условиях

Решение о том, как калить металл, принимается исходя из нескольких параметров:

марки стали;
требуемой твердости;
режима работы детали;
габаритов.

Не все способы термообработки доступны любителям. Следует выбирать наиболее простые. Чаще всего в домашних условиях приходится закаливать нержавейку при изготовлении ножей и другого домашнего режущего инструмента.

Температура закалки хромсодержащих сталей 900–1100⁰C. Проверять нагрев следует визуально. Металл должен иметь светло оранжевый – темно желтый цвет, равномерный по всей поверхности.

Окунать тонкую нержавейку можно в горячую воду, поднимая на воздух и вновь опуская. Чем выше содержание углерода, тем больше времени сталь проводит на воздухе. Один цикл длится примерно 5 секунд.

Простые свариваемые стали греют до вишневого цвета и охлаждают в воде. Среднелегированные материалы должны перед окунанием в воду иметь красный цвет. После 10–30 секунд перекладываются в масло, затем укладываются в печь.

При закалке получают максимальную твердость, которую дает сталь при данной технологии. Затем высокотемпературным отпуском понижают ее до требуемой.

Закалка в домашних условиях

Оборудование

Нагрев металла производится различными способами. Нужно только помнить, что температура горения дерева не может обеспечить нагрев металла.

Если требуется улучшить качество 1 детали, достаточно развести костер. Его надо по периметру обложить кирпичами и после укладки заготовки частично закрыть сверху, оставив щели для доступа воздуха. Лучше жечь уголь.

Отдельный участок и небольшую по размерам деталь греют газовой и керосиновой горелкой, постоянно водя пламенем и прогревая со всех сторон.

Изготовление муфельной печи требует много времени и ресурсов. Ее целесообразно строить при постоянном использовании.

Охлаждающая жидкость может находиться в ведре и любой другой емкости, которая обеспечит полное погружение детали с толщиной масла в 5 наибольших сечений детали:

одна часть под закаливаемым изделием;
две сверху.

Деталь необходимо медленно двигать в охлаждающей жидкости. В противном случае образуется паровая рубашка.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Наипростейшее подобие муфельной печи делается из огнеупорного кирпича, шамотной глины и асбеста:

На оправку навить медную проволоку. Для домашнего напряжения подойдет сечение 0,8 мм. Оставить длинные концы.
Расположить спираль внутри кирпичей и зафиксировать глиной, обмазав всю внутреннюю поверхность.
Внутри сделать поддон — площадку для расположения заготовок. Для этого нужно смешать глину с асбестом.
Теплоизолирующий материал можно расположить и снаружи, уменьшая теплоотдачу стенок.
Подключить концы проволоки к проводам с вилкой.
Сзади герметично заделать отверстие между кирпичами.
Впереди соорудить крышку, которая будет открываться.

Высыхать все материалы должны при комнатной температуре. На это уйдет несколько дней. Затем можно укладывать деталь на изоляционный материал и греть.
Закалка топора в домашних условиях.

Дефекты при закаливании стали

При закаливании стали возникают 2 группы дефектов:

Первые связаны с неравномерной, пятнистой закалкой и несоответствием полученной твердости требованиям в чертеже. Вызваны такие дефекты в основном неправильным охлаждением или некачественно проведенной термообработкой.

К неисправимым относятся сколы, трещины, полное разрушение деталей. Причина чаще всего заключается в некачественном металле.

Закалка значительно изменяет структуру и эксплуатационные качества металла. Делать ее самостоятельно можно на простых деталях. Необходимо точно знать марку стали, температуру ее закалки и охлаждающую среду.

Цвета побежалости металлов

Цвета побежалости – спектр цветов, образующихся на поверхности железных сплавов в результате появления окисной пленки. Они образуются при нагревании поверхностей из металла до определенных температур без участия воды. Цвета побежалости являются дефектом сварного соединения.

Происхождение

В природе цвета побежалости образуются на поверхности многих минералов, включая пирит и халькопирит. Из-за окисления они покрываются тонкой оксидной пленкой, преломляющий солнечный свет. В результате интерференции поверхности металла окрашивается в разные цвета.

Яркость побежалости зависит от толщины оксидной пленки и длины волны. Наиболее яркие цвета побежалости образуются на медных минералах. Также цвет зависит от качественного состава металла. Если в элементе присутствует большое количество ионов металлов, то он окрашивается в синие цвета.

При наличии хромофоров минералы становятся красными.

Также цвета побежалости могут образовывать в естественных условиях на поверхностях старых стекол или монет. Изменение окраса может быть обусловлено длительным контактом этих материалов с землей.

Если на них присутствует жировая пленка, то они окрашиваются в радужный цвет. Побежалость скрывает настоящий цвет металла. Поэтому нельзя определять его истинный окрас на свежем изломе.

Рекомендуется определять цвет при рассмотрении оксидной пленки.

Искусственно цвета побежалости образуются на поверхности металлических заготовок при сварке или закалке. Они появляются при нагревании металлов до критических температур без участия молекул воды или иных жидкостей. Во время нагревания происходит процесс образования оксидной пленки.

Ее толщина составляет несколько молекул и уменьшается по мере нагрева. Это обусловлено явлением диффузии – процессом проникновения мельчайших частиц одного химического элемента в другой. В данном случае происходит взаимодействие атомов металла и кислорода.

На углеродистых сталях пленки из оксидов возникают быстрее, чем на легированных.

Процедура покрытия стали и железа слоем оксидной пленки называется воронением. После проведения этой процедуры повышается коррозийная стойкость изделия. Обработанные детали не покрываются ржавчиной. Процедура воронения позволяет придать изделию окрас, даже если металлическая поверхность по условиям эксплуатации не подлежит покраске.

Во время воронения заготовку протирают минеральным маслом и нагревают на железном листе. После выгорания масляной жидкости на заготовке появляются цвета побежалости. Для нужного окраса необходимо нагреть деталь до соответствующей температуры. Получившийся слой окисла является влагоустойчивым и не подвергается воздействию воздуха.

На скорость образования окисных пленок влияют следующие факторы:

Структура поверхности: закаленные детали окисляются с большей скоростью.
Загрязненность изделия: поверхности, покрытые маслом, при длительном нагреве обугливаются, что приводит к возникновению сажи. По этой причине образуется неровная и тонкая оксидная пленка.
Наличие шероховатостей: если нагревается заготовка с шершавой поверхностью, то оксидная пленка получается плотной. Если перед процедурой термообработки отполировать деталь, то образуется тонкая пленка из оксидов.
Оборудование для нагрева: если при термообработке применяются специальные нагревательные печи, способные поддерживать устойчивую температуру, то окисная пленка будет плотной. В бытовых условиях можно также использовать духовые шкафы, газовые горелки или металлургические печи (горны).

Тонкие оксидные пленки поглощают световые волны с меньшей длиной волны, но отражают – с большей. Цвет металлических деталей меняется в зависимости от температуры и плотности оксидной пленки. Чем толще оксидная пленка, тем светлее окраска. Синий или фиолетовый цвет получается, когда из спектра отражаются наиболее длинные волны.

Если пленка из оксидов отражает волны с малой длиной волны, то металлическая поверхность становится желтой. Светлые цвета соответствуют высокой температуре нагрева, светлые – более низкой.

По этой причине многие мастер часто определяют при помощи цветов побежалости степень закалки изделий, стальной стружки и режущих инструментов, применяемых во время проведения токарных работ.

Несмотря на эти факторы, при помощи цветов побежалости нельзя точно определить температуру металла, потому что на величину этого показателя оказывают влияние следующие факторы:

время нагрева: промежуток времени, в течение которого металлическая деталь нагревается до температуры окружающей среды при отсутствии теплоотдачи.
наличие различных примесей в составе металла;
особенности освещения в помещении, где проводилась сварка или закалка заготовок;
скорость разогревания: изменение температуры изделия в единицу времени при его нагревании.

В современной промышленности контроль температуры производится при помощи специальных приборов – пирометров. Они оснащены специальными датчиками, определяются степень нагрева заготовки при помощи лазера.

Цвета побежалости используются при изготовлении рабочих инструментов, лазерной маркировке и внешней обработке изделий из железа, меди, алюминия и латуни.

Если требуется изготовить инструментарии с высокой плотностью (бритвенные лезвия, предметы для проведения хирургических операций, режущие кромки резцов и грабштихели), то побежалость должна быть яркого цвета: красного, оранжевого или желтого.

До пурпурных и зеленых тонов нагревают инструменты, применяющихся в деревообрабатывающем секторе. Для достижения упругости при изготовлении пил, ножей, вил и пружин необходимо нагреть заготовки до появления синих или черных цветов.

В процессе нагревания металлическая заготовка становится гибкой, что позволяет мастеру придать ей необходимую форму. После данного процесса изделие закаляется при определенных температурах.

Согласно рекомендациям специалистов, оптимальной температурой для закалки металлов является 700–800 °C. В этом случае изделие окрашивается в разные оттенки красного или розового цветов. При превышении этих значений на 300 °C заготовка становится оранжевой или желтой.

При больших температурах происходит перекал, что негативно сказывается на прочности изделия.

Закалка улучшает следующие параметры металлической поверхности:

Твердость: этот показатель является номинальным. Он прописан в шкале Роквелла и измеряется в HRC. Твердость определяет степень сопротивляемости металла к механическим повреждениям. На мягких изделиях при длительном соприкосновении с иными поверхностями остаются следы, что ухудшает их режущие свойства. Твердость ножей европейского образца составляет 60 HRC, азиатских – 70 HRC.
Упругость: данный параметр определяет степень деформации металла при изгибах и ударах. Если сталь закалена, при изгибе на 10–30° она вернется в исходное положение. При перегреве снижается упругость поверхности, что приводит к поломке инструментов.
Износостойкость: данный критерий показывает общую стойкость металла (сопротивление абразивному износу, стойкость к большим нагрузкам). При правильной закалке изделие сможет стабильно функционировать в течение более длительного срока.

После закалки заготовка приобретает высокую твердость. Для восстановления ее прочности необходимо провести процедуру отпуска, представляющую собой повторную термообработку детали.

Металлическое изделие нагревается до более низких температур и охлаждается. Между закалкой и охлаждением также осуществляется полное остывание металлической поверхности при помощи его погружения в раствор соли или в масло.

При выборе отпуска необходимо учитывать следующие особенности:

Для изделий, подвергающимся деформациям или ударным нагрузкам, нужно использовать высокотемпературный отпуск: до 700 °C.
Для легких клинков используется среднетемпературный отпуск: до 500 °C.
Для обеспечения оптимальной твердости применяется низкотемпературный отпуск: до 250 °C. Но в этом случае изделие не сможет выдерживать высокие ударные нагрузки и будет легко деформироваться.

Температура цветов побежалости и каления

Во время отпуска возникают цвета каления. По ним можно определить, до какой температуры нагрелась заготовка. В отличие от побежалости, цвета каления меняются в процессе охлаждения металлической поверхности. Переход между цветами осуществляется в строгой последовательности, но с быстрой скоростью, поэтому мастер должен тщательно контролировать процесс термообработки.

Шкала цветов побежалости стали

Окрас углеродистых деталей при соответствующих температурах указан в следующей шкале цветов побежалости стали:

Температура цветов побежалости для углеродистых сталей

Окрас	Пределы температур, °С
Лимонный	220 – 229
Желтый (цвет соломы)	230 – 245
Золотой	246 – 255
Земляной или коричневый	256 – 264
Алый или красно-оранжевый	265 — 274
Пурпурный	275 – 279
Аметистовый	280 – 289
Небесный	290 – 294
Твиттера	295 – 299
Индиго Крайола	300 – 309
Светло-голубой	310 – 329
Аквамариновый	320 — 339

На заготовках из нержавеющей стали12Х18Н10Т, содержащей 18% хрома, 10% никеля и 1% титана (значения определены в ГОСТ 5632-2014), цвета побежалости образуются при иных температурах.

Это обусловлено тем, что данный материал коррозийно-стойкий и жаропрочный.

Поэтому при закалке и охлаждении мельчайшие частицы металлов и кислорода взаимодействуют медленнее, что препятствует образования оксидной пленки во время закалки и каления.

В следующей таблице цветов побежалости представлены особенности изменения цвета изделий из нержавеющей стали:

Температура цветов побежалости для нержавеющих сталей

Окрас	Пределы температур,°С
Светло-соломенный	300 – 399
Золотистый	400 – 499
Земляной или коричневый	500 – 599
Красный или пурпурный	600 – 699
Синий или черный	700 – 779

На поверхностях заготовок из нержавеющей стали могут появиться радужные полосы. Они могут появиться при нагревании изделия до температуры кипения (100 °С). Появление радужных следов обусловлено изменениями в кристаллической решетке металла. Радужный окрас на поверхности обрабатываемой заготовки не свидетельствуют о перегреве нержавеющей стали.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Индукционный нагреватель металла. Принцип работы

Технология индукционного нагрева заготовок востребована не только в цехах горячей объёмной штамповки. Компактные индукторы необходимы, в частности, для автосервиса, занимающегося изготовлением и ремонтом стальных деталей из профилированного проката. Приобретать промышленный индуктор дорого. Есть ли альтернатива?

Как работает индукционный нагреватель?

Для реализации процесса индукционного нагрева используется известный физический принцип, когда для деформирования в горячем состоянии заготовку размещают в магнитном поле кольцеобразного индуктора. Питание такой катушки производится электрическим переменным током частоты, резко выше, чем обычная (50 или 60 Гц).

Принцип работы индукционного нагревателя следующий. Создаваемые в электромагнитном поле вихревые токи (у них есть и другое название – токи Фуко) производят нагрев металла.

Непосредственное соприкосновение заготовки и нагревательного элемента не обязательно, важно только, чтобы индуктор равномерно охватывал нагреваемую поверхность металла.

Используя трансформатор, установка подключается к генератору, который обеспечивает требующиеся значения мощности и частоты.

Индукционным нагревом можно обеспечить сравнительно быстрое повышение температуры поверхностных слоёв. В частности, для нагревания прутковой заготовки сечением 35…40 мм и длиной 140….150 мм потребуется около 20…25 с.

Примерные диапазоны соответствия наилучшей частоты тока и поперечного сечения круглого прутка приведены в таблице.

Диаметр, мм	20…40	40…60	60…80	80…100	100…120
Частота, кГц	100…40	40…10	10…4	4…1	1…0,5

Для полосового металла применять индукционный нагрев менее выгодно, чем для круглого прутка, поскольку расстояние между внутренним диаметром катушки и металлом непостоянно.

Обычно применяется частота от 10 кГц, тогда КПД индукционного нагревателя достигает максимума. Частота регулируется в зависимости от:

требуемой производительности нагрева;
температуры нагреваемого металла;
размеров поперечного сечения.

Конструкции промышленных индукторов снабжаются устройствами для автоматической загрузки-выгрузки нагретых заготовок. Это необходимо потому, чтобы интервал между нагревом и пластическим деформированием металла был минимальным.

Время нагрева стальных заготовок невелико: для сечения 20 мм оно составляет всего 10 с, поэтому потери металла в окалину незначительны.

Индукционный нагреватель своими руками

Известен ряд конструкций индукторов, изготовленных из сварочного инвертора, принцип действия которых может быть использован для наведения в металле вихревых токов Фуко.

Изготовление самодельного индуктора заключается в следующем. Вначале потребуется изготовить прочный корпус, в котором будет находиться узел крепления нагреваемой заготовки. Корпус необходимо подвергнуть закалке, чтобы он не деформировался под воздействием возможных ударов.

Ещё лучше, если материал подвергнуть азотированию: в этом случае реализуются два преимущества — дополнительное увеличение твердости за счет более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит, и улучшение скин-эффекта, когда по внешней стороне заготовки будет протекать более мощный ток.

Прочность оценивается по пробе на искру.

Следующей стадией является изготовление нагревающей катушки. Её делают из индивидуально изолированных проводов: в этом случае потери мощности будут минимальными. Подойдёт и медная трубка – она имеет большую площадь поверхности, по которой будут наводиться вихревые токи, при этом собственный нагрев индуктора из-за высокой электропроводности меди практически отсутствует.

После подключения катушки к системе водяного охлаждения и проверки системы прокачки индуктор готов к работе.

Рабочая схема

В состав нагревателя входят следующие составляющие:

Инверторный блок, рассчитанный на напряжение 220…240 В, при токе не менее 10 А.
Трёхпроводная кабельная линия (один провод – заземляющий) с нормально разомкнутым переключателем.
Система водяного охлаждения (крайне желательно использовать очистные фильтры для воды).
Набор катушек, отличающихся внутренними диаметрами и длиной (при ограниченных объёмах работ можно обойтись и одной катушкой).
Нагревающий блок (можно применить модуль на силовых транзисторах, которые выпускаются китайскими фирмами Infineon или IGBT).
Демпферная цепь с несколькими конденсаторами Semikron.

Генератор высокочастотных колебаний принимается тот же, что и у базового инвертора. Важно, чтобы его эксплуатационные характеристики полностью соответствовали тем, которые указаны в предыдущих разделах.

После сборки блок заземляется, и с помощью соединительных кабелей нагревательная индукционная катушка присоединяется к блоку питания инвертора.

Примерные эксплуатационные возможности самодельного индукционного нагревателя металла:

Наибольшая температура нагрева, °С – 800.
Минимальная мощность инвертора – 2 кВА.
Продолжительность включения ПВ, не менее – 80.
Рабочая частота, кГц (регулируемая) — 1,0…5,0.
Внутренний диаметр катушки, мм – 50.

Следует отметить, что такой индуктор потребует специально подготовленного рабочего места – бака для отработанной воды, насоса, надёжного заземления.

Дерево и металл в интерьере киевской квартиры. Красивые интерьеры и дизайн

Когда дело доходит до дизайна интерьера в Вашем доме, стоит знать, что комбинирование металлов и пристальное внимание к деталям помогут Вам при создании современного богатого интерьера.

Подбор и совмещение металлов в Вашем домашнем интерьере — это смелый и великолепный шаг на пути к созданию роскошного внешнего вида помещения. Вы можете показать характер и глубину Вашего дома, добавив металлы, которые стремительно возвращаются в ряды отделочных материалов в настоящее время. Прохладные металлы, такие как латунь, серебро и сталь привнесут современной эстетики, в то время как более теплы по тону металлы создадут ощущение легкой и душевной атмосферы. Так как же правильно комбинировать металлы в дизайне интерьера?

Прежде всего, нужно понять, что «металл» -это не только фактический металл, но и все, что может подойти по цвету — и шторы, и обои, и картины и обивка мягкой мебели, и что угодно еще. При оформлении помещения лучше использовать все возможные варианты. Серебристо-серые ткани прекрасно добавят прохлады в интерьер, а обрамленное латунью зеркало может стать главным акцентом в помещении. Бронза и латунь большие друзья, и этим, безусловно, нужно воспользоваться — небольшая диванная подушка бронзового цвета должна быть в любой комнате, где есть золотые элементы. Именно с помощью тканей металлических оттенков возможно не только визуально увеличить пространство, но и создать роскошный интерьер.

Не смотря на модные тенденции, Вы должны иметь в виду, что комбинирование металлов в интерьере может дать ошеломляющие результаты. Обязательно следует планировать все до мельчайших подробностей, чтобы создать по-настоящему гармоничный дизайн. Обратите внимание на то, как именно каждый элемент сочетается с другим, и не стоит совмещать слишком много стилей в одном помещении.

Металл и кухня

Металлические детали давно вписались в общий стиль кухни, подчеркивая роскошь и изящество помещения. В качестве металлического декора выступает кухонная утварь, листы для отделки, металлическая мозаика, металлическая техника, фартук из металла в интерьере. Также особо гармонично будет смотреться металлическая фурнитура на кухонной мебели и вытяжка. Допустимо применять изделия из латуни, меди, железа, хрома, алюминия или нержавеющей стали. Дополнительно, посуда и все детали из металла допустимо применять в быту.

Современный настенный декор из алюминиевого листа

Как американский художник избавился от наемный работы, найдя свой собственный оригинальный бизнес по изготовлению современных настенных резных картин из алюминиевого листа.

Если вы очень хотите заняться изготовлением современного настенного декора из металла, но у вас нет своей кузницы, то можете пойти путем американского рукодельника. Бобби Синглтон просто взял алюминиевый лист, нарисовал на нем очертания гор, вырезал — и получился оригинальный декор.

Который можно повесить на стену. И он будет радовать глаз не только своими очертаниями, но и своим металлическим отблеском (плоский алюминий хорошо отражает свет).

Вырезает он из алюминия не только горы, но и деревья, например, осины. Они тоже будут хорошо смотреться на стене:

А почему только осины? Можно сделать и пальмы:

Да из такого красивого материала, да искусными руками художника можно воплотить в жизнь любую мечту:

Даже очень прозаическую:

Но лучше всего у мастера получаются именно горы. Может быть, потому, что их лучше покупают:

Так как автор не скрывает технологии изготовления своих изделий, вы можете заочно набраться у него опыта. Свою технологию он описывает и показывает на страницах своего магазина на Etsy — etsy.com/shop/BearMountainMetalArt

Он делает изделия из авиационного алюминия. Сначала наносит на лист алюминия рисунок, потом режет по контуру плазменным резаком. Потом этого Бобби узорно шлифует полученное изделие, чтобы добавить текстуру и глубину.

После этого он герметизирует изделие тремя слоями автомобильного прозрачного покрытия — так поверхность становится еще более красивой.

Вот и вся технология.

Как Бобби делает это вживую, можете посмотреть на его видео:

https://youtu.be/AeFbT5UueW4

Замечательно то, что по этой технологии вы можете делать совершенно любые изображения — не обязательно горы (не копируйте творчество американского художника).

Можно делать очертания известных городов (Лондона, Рима, Нью-Йорка, Парижа), несущихся автомобилей, клонящихся от ветра цветов, летящего в космос человека. Все, что необычно и романтично — привлекает внимание (хотя, может быть, только мое).

Во всяком случае, вы можете выбрать свое направление творчества и попробовать свои силы на Etsy.

Золото в интерьере

Золоченные поверхности всегда ассоциируются с роскошью. Хоть использование такого металла в интерьере не стало новшеством, тем не менее детали из золота (фурнитура, элементы декора) уже несколько лет не сдают своих позиций. Одним из беспроигрышных вариантов будет сочетание фактурного золота, геометрических рисунков и шоколадных оттенков. Чаще всего используют деревянную мебель, но можно и ткани, фурнитуру, элементы декора. Вот только с золотом можно переборщить, создав «музейную» атмосферу в помещении. Чтобы этого не произошло, стоит придерживаться правила: «не больше 5 золотых элементов на комнату или зону».

Как состарить алюминий в домашних условиях?

Металл, оформленный под старину, уже на протяжении многих лет считается интересным дизайнерским решением. Благодаря некоторым приемам, металл приобретает специфическую шероховатость, а на его поверхности возникают переливы нескольких цветов.

Многие дизайнеры и рукодельницы задаются вопросом о том, как состарить металл и какие средства для этой цели понадобятся.

На самом деле работы по приданию металлу эффекта старины не вызывают особых затруднений, а также не требуют колоссального расхода средств и времени.

Так выглядит металл, который искусственно состарили

Закалка и старение алюминиевых сплавов 6ххх

Скорость охлаждения алюминиевых профилей — закалка — сразу после выхода из пресса должна быть достаточно быстрой, чтобы задержать магний и кремний в твердом растворе. Это обеспечивает достижение максимальных механических свойств материала профиля за счет их выделения при последующем упрочнении старением.

Необходимая скорость охлаждения твердого раствора легирующих элементов — магния и кремния в алюминии — для обеспечения эффекта закалки зависят от размеров поперечного сечения алюминиевого профиля и способов его охлаждения:

спокойным воздухом,
вентиляторами,
водяным туманом,
водяным спрейерным охлаждением или
в потоке воды.

На рисунке и в таблице показаны минимально допустимые скорости охлаждения алюминиевых профилей для различных сплавов серии 6ххх. Для алюминиевых профилей из сплава 6060 (алюминиевого сплава АД31) обычно бывает достаточно охлаждения на спокойном воздухе или вентиляторами, тогда как для профилей из сплава 6061 необходимо спрейерное охлаждение водой или охлаждение в потоке воды.

Старение алюминиевых сплавов

Старение сплавов серии 6ххх производят для повышения механических свойств алюминиевых профилей. Степень этого повышения свойств зависит от типа сплава и условий старения. Эти условия различаются для:

естественного старения, которое происходит «само собой» при комнатной температуре, и
искусственного старения, которое проводят при повышенных температурах, около 160-200 ºС.

Прочность сплавов серии 6ххх прямо связана с их способностью сопротивляться движению дислокаций в ходе деформирования. При приложении к материалу напряжений в нем образуются и двигаются дислокации. С увеличением напряжений количество и плотность дислокаций, двигающихся в материале, возрастает до тех пор, пока, наконец, материал не разрушается.

Движение дислокаций тормозится из-за присутствия частиц Mg2Si и поэтому прочность состаренного алюминиевого сплава возрастает. Размеры и плотность этих частиц контролируются параметрами старения.

Небольшое количество мелких частиц β»-Mg2Si мало могут сделать, чтобы остановить дислокации, которые двигаются через материал, но когда их много они препятствуют движению дислокаций и это повышает прочность материала.

Если же частицы вырастают слишком большими (β’-Mg2Si и β-Mg2Si), их становится слишком мало из-за ограниченного содержания Mg и Si в алюминии. В этом случае дислокации легко обходят эти частицы и прочность материала снижается.

Это демонстрирует схематический график типичного искусственного старения на рисунке ниже.

термическая обработка алюминевого сплава 6060 (АД31)

Пик прочностных свойств достигается при большом количестве мелких частиц β»-Mg2Si. Для сплавов 6ххх типичными параметрами искусственного старения являются температура 170 ºС при выдержке 8 часов или 185 ºС при выдержке 6 часов.

Т-состояния алюминиевых сплавов

Различным вариантам параметров старения соответствуют различные обозначения состояния алюминиевых сплавов:

Т1 – охлажденый после прессования до комнатной температуры и естественно состаренный;
Т4 – после прессования закаленный с отдельного нагрева и естественно состаренный;
Т5 – охлажденный после прессования до комнатной температуры и искусственно состаренный до максимума прочностных свойств;
Т6 — после прессования закаленный с отдельного нагрева и искусственно состаренный до максимума прочностных свойств.

Для обозначения других обработок старением, которые специально разработаны для получения механических свойств, которые отличаются от максимальных прочностных свойств. Например, состояния Т52 и Т591 применяются для алюминиевых профилей, которые подвергаются гибке, а состояние Т7 – для профилей, которые применяются при повышенных температурах.

Растяжение и вылеживание профилей

Обычная практика изготовления прессованных алюминиевых профилей включает их растяжение от 0,5 % до 3 % и затем вылеживание с задержкой на сутки искусственного старения для профилей из малолегированных сплавов 6ххх (не более 0,9 % Mg2Si), например, алюминиевые сплавы АД31, 6060 и 6063. Это способствует достижению оптимальных механических свойств профилей после старения.

Однако такая задержка для более высокопрочных алюминиевых сплавов (содержание Mg2Si более 0,9 %), например, 6061, может привести к пониженным механическим свойствам материала алюминиевых профилей.

Эти сплавы содержат медь в количестве не менее 0,1 %, которая противодействует влиянию задержки искусственного старения на конечные механические свойства термически упрочненных алюминиевых профилей.

Источник: https://varimtutru.com/kak-sostarit-alyuminiy-v-domashnih-usloviyah/

Смешивание текстур в интерьере

Шик остается на пике популярности. Чтобы его подчеркнуть, дизайнеры применяют технику сочетания состаренного материала с блеском нового. В качестве примеров выступают ансамбли олово и золота или бронзы и алюминия. Данный эффект выглядит не просто оригинально, но и одновременно стильно, современно. Одним из эффектных новшеств становится ржавый металл в интерьере. Зоны его использования безграничны, ну лучше всего он смотрится в качестве элементов декора. Отдельно стоит отметить необычное сочетание хрома и стали в интерьере. Смешивание таких похожих по цвету текстур позволит создать уникальный дует, добавив торжественности помещению. Отлично подходит к дереву, кирпичу, мрамору, коже и ткани. Не менее эффектно смотрится латунь и железо. Подходит к интерьеру, созданному в природной гамме. Лучше всего сочетается с мягким серым и белым, синим, зеленым и коричневым.

Основные правила использования металлов в дизайне интерьера

Держите утонченную и роскошную цветовую палитру

Первое , что Вы должны сделать, это использовать существующую цветовую палитру в качестве точки отсчета. Если интерьер нейтральный, то Вам стоит добавить металла и текстуры — интерьер станет более теплым и привлекательным. Если Ваш интерьер оформлен в серых оттенках, его можно разбавить медными или золотыми элементами, так как серый цвет создает ощущение холода и замкнутости. Если Вы предпочитаете белоснежный интерьер, то стоит использовать серебряные или хромированные аксессуары. Для шоколадно-коричневых комнат выбирают бронзу как светлых, так и темных тонов. В голубом пространстве, опять же прекрасно будут смотреться серебряные акценты, но можно использовать и металлы теплых оттенков, медь или золото, для создания более энергичной атмосферы. Темные металлы визуально охладят пространство, в то время как золото на фоне желтой стены добавит солнечного тепла в интерьер. Имейте в виду, что металлы, такие как золото, медь, латунь и бронза отлично сочетаются с теплыми оттенками, коричневыми, красными и желтыми. С другой стороны, холодные металлы, серебро, сталь и алюминий красивы в сочетании с прохладными оттенками, такими как фиолетовые, синие и зеленые.

Не забывайте про освещение

Свет и металл — идеальная пара. Они дополняют и преображают друг друга. Золотая люстра и маленький современный серебряный светильник будут отлично смотреться вместе, ведь блики, отражающиеся на металлических поверхностях обоих, объединят эти совершенно разные элементы интерьера. Если в помещении есть камин, то металлическая люстра или золоченая рамка на Вашей любимой семейной фотографии будут сочетаться с ним как нельзя лучше. Хромированную фурнитуру можно «согреть» несколькими золотыми или бронзовыми светильниками. Когда дело доходит отделки металлами, то для создания более роскошного интерьера стоит комбинировать металлы именно при отделки осветительных приборов. Освещение является одним из лучших способов привнести металл в интерьер Вашего дома.

Доминирующий металл

Для создания красивого гармоничного интерьера необходимо выбрать главный металл, тот который нравится Вам больше других. Затем выбрать один или два других металла, чтобы расставить акценты и завершить внешний вид помещения. Лучше всего выбрать один металл и использовать контрастные металлы в качестве акцента, поскольку это предотвратит эффект монотонности. Если у Вас есть бронзовая отделка в комнате, добавьте немного меди, а с ней тепла и стиля. Элементы из нержавеющей стали, сочетаются с аксессуарами из бронзы или золота. Так же можно использовать один металл, но с разной текстурой. Еще один интересный способ создания романтичной атмосферы состоит в том, чтобы сочетать старинные и современные металлические элементы дизайна интерьера. Не существует одной единственной формулы правильного комбинирования металлов, но, как правило, доминирующего металла должно быть около 70%, а вспомогательных металлов около 30%.

Смешивать теплые и холодные тона

Смешение теплых и холодных тонов имеет важное значение. В интерьере помещения обязательно должны присутствовать как теплые, так и холодные тона металла. Сочетание золота, меди и серебра придадут помещению индивидуальности. Блестящие и матовые, темные и светлые, теплые и холодные оттенки металлов — начните увлекательную игру в погоне за гармонией. Комбинации металлов, сочетание текстур и цветов — вот что наполнит Ваш дом чувством тепла и роскоши.

Текстура

Сочетание различных текстур обязательное условие для создания неповторимо прекрасного дизайна интерьера. Попробуйте выбрать подходящие для Вашего дизайна текстуры металлов и комбинируйте их. Полированные и матовые, гладкие и механически обработанные металлы создадут поистине шикарный интерьер. Здесь так же можно руководствоваться правилом 70%/30%, то есть выбрать доминирующую текстуру и разбавлять ее другими, а можно сочетать в равных количествах.

Утонченная роскошь

Трюк использования металлических элементов в дизайне интерьера заключается в том, чтобы сочетать эти элементы с различными более мягкими материалами, таким образом гармонизируя весь интерьер. Хотя металл в интерьере помещения и останавливает на себе взгляд, он не должен его приковывать. Старайтесь не загромождать свой дом металлическими деталями. Изумительно красиво смотрятся тонкие металлические отделки.

Винтаж в интерьере

Для создания винтажной атмосферы широко применяют сочетание состаренного золота и меди. Данный стиль всегда остается в моде и радует своих хозяев мягким теплом и уютом. Наилучшим образом такой эффект вписывается в интерьер в качестве использования светильников, люстр или бра из металла, а также предметов декора в этом же стиле.

Отделка с металлическим блеском

При грамотном использовании серебра или бронзы в интерьере можно добиться создания уникального стиля и самой необычной атмосферы. Новшеством становится создание одной из стен в помещении или потолка с легким блеском состаренного металла. В качестве отделки может выступать как краска, так и обои. Это не только эстетически привлекательно, но и вполне практично. Потолок с металлическим эффектом позволит создать безграничность комнаты, а стены из металла увеличат пространство.

Закалка и старение алюминиевых сплавов 6ххх

Скорость охлаждения алюминиевых профилей – закалка – сразу после выхода из пресса должна быть достаточно быстрой, чтобы задержать магний и кремний в твердом растворе. Это обеспечивает достижение максимальных механических свойств материала профиля за счет их выделения при последующем упрочнении старением.

Необходимая скорость охлаждения твердого раствора легирующих элементов – магния и кремния в алюминии – для обеспечения эффекта закалки зависят от размеров поперечного сечения алюминиевого профиля и способов его охлаждения:

спокойным воздухом,
вентиляторами,
водяным туманом,
водяным спрейерным охлаждением или
в потоке воды.

Металлическая плитка

Плитка под металл в интерьере позволит добавить ноты стильного креатива в общую картину интерьера. Медная плитка добавит тепла и уюта в пространстве. Лучше всего смотрится в столовой или на кухне. В данном случае поддержать ансамбль можно посудой того же оттенка или бра. Плитка из металла с блеском и зеркальной поверхностью позволит увеличить пространство в интерьере. Наиболее уместно ее использовать в ванной комнате, в сочетании с белой мебелью и серебристой фурнитурой. Лучше всего металлическую плитку применять зонально, не нарушая общего стиля.

Основы внедрения металла в дизайне интерьера:

Вход — это первое, что видят Ваши гости, вход знакомит их с домом и обязан произвести впечатление. Дизайн прихожей задает тон для всех остальных частей дома. Начинайте металлическую отделку именно с этого помещения. Отличным решением станет установка лестницы с утонченными металлическими деталями, такими как перила. Или, наоборот, сама конструкция лестницы выполнена из металла, а все остальное из дерева. Так же в прихожей можно использовать металлические панели или молдинги в качестве отделки и декорирования стен.

Кухня — сердце любого дома, и это одна из самых простых комнат для применения металлической отделки. С белыми шкафами гармонично смотрится медный фартук. Для утонченного интерьера присмотритесь к приборам и посуде из нержавеющей стали. Более драматического эффекта можно добиться используя темные шкафы и элементы из латуни или алюминия. Комбинирование металлов и других материалов сделает пространство Вашей кухни намного более интересным. А выполненные из латуни фасады кухонной мебели придадут помещению необыкновенно роскошный вид.
В ванной комнате, безусловно, главная роль отдана фурнитуре. Выберите один металл для фурнитуры и другой для небольших акцентов, например, светильников и обрамления зеркала. Здесь очень важно не переусердствовать, чтобы интерьер создавал ощущение свежести и чистоты.

Но не обязательно ограничиваться этим вариантом, отделка стен медной плиткой или мозаикой не менее подходящий и достойный вариант, хоть и обходится в разы дороже фурнитуры.

Мебель не обязательно должна быть из кованого железа или хрома. Вы можете выбрать мягкие стулья и диваны, а ножки могут быть выполнены из золота, серебра или латуни. Если Вы хотите создать совершенный интерьер, подберите металл для фасадов мебели.
Акценты и аксессуары являются ключевыми, когда речь идет о комбинировании металлов в дизайне интерьера. Важно совмещать различные металлические акценты по всему помещению.

Сантехника из металла в ванной

Металлические ванны, раковины, смесители создадут в атмосфере ванных комнат особое веяние старины. При этом все изделия будут в полной мере выполнять свои функции. Лучше всего сантехника смотрится из меди. Дополнительно такой дизайн будет отличным продолжение старинного английского стиля в ансамбле общей площади помещения. Металлические ванны и умывальники лучший выбор в условиях высокой влажности. Они отличаются длительным периодом использования и выполняют антибактериальную функцию. Единственное, за ними более сложно ухаживать.

Мебель с металлическими деталями

Мебель из металла в интерьере все чаще стала появляться в модных коллекциях. И хоть такое направление относится к разряду экзотики, оно уверенно занимает верхние позиции при создании особого стиля. Чаще всего использование мебели с металлом подразумевает создание хорошо продуманного современного интерьера в индустриальном стиле. Из металла выполняют ножки столов и стульев, спинки стульев, спинки кроватей, ножки и основание. Также могут быть использованы металлические украшения на самой мебели.

Аксессуары и декор из металла

Чаще всего декоративные элементы из металла встречаются в залах, ванных комнатах и кухнях. Для создания особого стиля кантри совершенно не обойтись без элементов из меди. Металлические предметы, в зависимости от назначения, помещения помогут создать самый необычный образ, от винтажного кантри до современной индустриальной электрики. В любом случае, легкая прохлада (серебро, нержавейка) или теплота (медь, золото) металла позволит создать необходимый уют и стильную домашнюю обстановку.

Балки и колонны из металла

Такой прием относится к наиболее интересным дизайнерским решениям современности. Сейчас такая редкость встретить подобное у кого-то дома, поскольку многие считают такое количество металла в интерьере неуместным. Но, твердость материала будет производить впечатление надежного тыла, а крепкое основание металла никогда не подведет, позволит выдержать возлагаемую нагрузку. Отлично сочетается со стилем модерн и подходит для тех, кто любит подчеркнуть свою оригинальность.

Проводники и изоляторы

Электроны различных типов атомов имеют разные степени свободы для перемещения. В некоторых типах материалов, таких как металлы, самые внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более чем под влиянием тепловой энергии комнатной температуры. Поскольку эти практически несвязанные электроны могут свободно покидать свои соответствующие атомы и плавать в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободных электронов .

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень мало свободы для передвижения. Хотя внешние силы, такие как физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть свои соответствующие атомы и перейти к атомам другого материала, они не очень легко перемещаются между атомами внутри этого материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электрическая проводимость . Проводимость определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома, определяющее его химическую идентичность) и тем, как атомы связаны друг с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводники , а материалы с низкой подвижностью электронов (мало свободных электронов или их отсутствие) называются изоляторами .

Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Проводники:

серебро
медь
золото
алюминий
железо
сталь
латунь
бронза
ртуть
графит
грязная вода
бетон

Изоляторы:

стекло
резина
масло
асфальт
стекловолокно
фарфор
керамика
кварц
(сухой) хлопок
(сухая) бумага
(сухая) древесина
пластик
воздух
алмаз
чистая вода

Необходимо понимать, что не все проводящие материалы имеют одинаковый уровень проводимости, и не все изоляторы одинаково устойчивы к движению электронов. Электропроводность аналогична прозрачности некоторых материалов для света: материалы, которые легко «проводят» свет, называются «прозрачными», а те, которые этого не делают, называются «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково пропускают свет. Оконное стекло лучше, чем большинство пластиков, и уж точно лучше, чем «прозрачное» стекловолокно. Так и с электрическими проводниками, одни лучше других.

Например, серебро является лучшим проводником в списке «проводников», обеспечивая более легкое прохождение электронов, чем любой другой упомянутый материал. Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но проводимость этих материалов существенно ниже, чем у любого металла.

Физические размеры также влияют на проводимость. Например, если мы возьмем две полоски из одного и того же проводящего материала — одну тонкую, а другую толстую, — толстая полоска окажется лучшим проводником, чем тонкая, при той же длине. Если мы возьмем другую пару полосок — на этот раз обе одинаковой толщины, но одна короче другой, — более короткая будет обеспечивать более легкий проход для электронов, чем длинная. Это аналогично течению воды в трубе: толстая труба обеспечивает более легкое прохождение, чем тонкая труба, а короткая труба легче проходит воде, чем длинная труба, при прочих равных размерах.

Следует также понимать, что электрические свойства некоторых материалов изменяются в различных условиях. Стекло, например, является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высокой температуры. Такие газы, как воздух, обычно изолирующие материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов становятся хуже проводниками при нагревании и лучше при охлаждении. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимость ) при экстремально низких температурах.

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, можно заставить электроны двигаться скоординированным образом через проводящий материал. Это равномерное движение электронов и есть то, что мы называем электричеством или электрическим током . Чтобы быть более точным, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества, которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Точно так же, как вода течет через пустоту трубы, электроны могут двигаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может казаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, в основном представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов в проводнике часто называют «потоком».

Здесь можно сделать важное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он давит на электрон впереди него, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и прекращение потока электронов по всей длине проводящего пути происходит практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Приблизительная аналогия — трубка, заполненная шариками встык:

Трубка заполнена шариками, так же как проводник заполнен свободными электронами, готовыми к перемещению под действием внешнего воздействия. Если один шарик внезапно вставить в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел небольшое расстояние, передача движения по трубе практически мгновенна от левого конца к правому концу, независимо от длины трубы. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: стремительные 186 000 миль в секунду!!! Однако каждый отдельный электрон проходит через проводник со скоростью намного медленнее.

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны предоставить им правильный путь для движения, так же как сантехник должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, куда он или она хочет. Чтобы облегчить это, провода изготовлены из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, самых разных размеров.

Помните, что электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала. Это означает, что может быть электрический ток только , где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающий движение электронов. В аналогии с мрамором шарики могут течь в левую часть трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны для вытекания шариков. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики будут просто «скапливаться» внутри трубки, и «течь» шариков не будет. То же самое относится и к электрическому току: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, чтобы обеспечить этот поток. Давайте посмотрим на схему, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является общепринятым символом непрерывного отрезка провода. Поскольку провод сделан из проводящего материала, такого как медь, входящие в его состав атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проводу. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда прийти и куда уйти. Добавим гипотетический электрон «Источник» и «Назначение:»

Теперь, когда Источник Электронов выталкивает новые электроны в провод с левой стороны, может происходить поток электронов по проводу (как показано стрелками, указывающими слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проводом, прервется:

Поскольку воздух является изоляционным материалом, а воздушный зазор разделяет два куска провода, некогда непрерывный путь теперь прерван, и электроны не могут течь от источника к месту назначения. Это все равно, что разрезать водопроводную трубу пополам и заглушить сломанные концы трубы: вода не может течь, если из трубы нет выхода. С точки зрения электрики у нас было состояние электрики непрерывность , когда провод был цельным, и теперь эта непрерывность нарушена, когда провод перерезан и отделен.

Если бы мы взяли другой кусок провода, ведущий к Пункту назначения, и просто физически соприкоснулись с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова был бы непрерывный путь для движения электронов. Две точки на схеме указывают на физический контакт (металл-металл) между отрезками провода:

Теперь у нас есть непрерывность от Источника к новообразованной связи, вниз, вправо и вверх к Цели. Это аналогично установке «тройника» в одну из закрытых труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Пожалуйста, обратите внимание, что через сломанный отрезок провода с правой стороны не протекают электроны, потому что он больше не является частью полного пути от источника к месту назначения.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиванию при длительных потоках. Однако при движении электроны сталкиваются с некоторым трением, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы рассмотрим более подробно позже.

ОБЗОР:

В проводящих материалах внешние электроны в каждом атоме могут легко приходить и уходить, и называются свободных электронов .
В изолирующих материалах внешние электроны не так свободно перемещаются.
Все металлы электропроводны.
Динамическое электричество или электрический ток — это равномерное движение электронов в проводнике. Статическое электричество — это неподвижный накопленный заряд, образованный либо избытком, либо недостатком электронов в объекте.
Для того чтобы электроны могли непрерывно (неопределенно) течь через проводник, должен быть полный, непрерывный путь для их движения как в этот проводник, так и из него.

Твердые вещества, жидкости и газы. Теплопроводность

Теплопроводность — это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

«количество тепла, переданное через единицу толщины материала — в направлении, нормальном к поверхности единицы площади — из-за единичного градиента температуры в стационарных условиях»

Единицами теплопроводности являются [Вт/(м·К)] в системе СИ и [БТЕ/(ч·фут °F)] в британской системе.

См. также изменения теплопроводности в зависимости от температуры и давления , для: воздуха, аммиака, углекислого газа и воды

Теплопроводность обычных материалов и продуктов:

9 5 5 2 3 9 0 2 53 Глинозем

0253 0.6 — 2.5

0,85 —

2,325

257

4 9

5 0,15 257

Теплопроводность — — Вт/(м·К)
Материал/вещество	Temperature
	25 ^o C (77 ^o F)	125 ^o C (257 ^o F)	225 ^o C (437 ^o F)
	Acetals	0. 23
Acetone	0.16
Acetylene (gas)	0.018
Acrylic	0.2
Air, atmosphere (gas)	0.0262	0.0333	0.0398
Air, elevation 10000 m	0.020
Агат	10,9
Спирт	0,17
0253 26
Aluminum
Aluminum Brass	121
Aluminum Oxide	30
Ammonia (gas)	0.0249	0.0369	0.0528
Сурьма	18,5
Яблоко (85,6% влажности)	0,39
Argon (gas)	0. 016
Asbestos-cement board ¹⁾	0.744
Asbestos-cement sheets ¹⁾	0.166
Asbestos-cement ¹⁾	2.07
Asbestos, loosely packed ¹⁾	0.15
Asbestos mill board ¹⁾	0.14
Asphalt	0.75
Balsa wood	0.048
Bitumen	0.17
Bitumen/felt layers	0,5
Говядина постная (влажность 78,9 %)	0,43 — 0,48
3 Бензол0254	0.16
Beryllium
Bismuth	8. 1
Bitumen	0.17
Blast furnace gas (gas)	0.02
Накипь	1,2 — 3,5
Бор	25
3 Латунь0254
Breeze block	0.10 — 0.20
Brick dense	1.31
Brick, fire	0.47
Brick, insulating	0.15
Кирпичная кладка рядовая (Кирпич строительный)	0,6 -1,0
Кирпичная кладка плотная	1,6
Bromine (gas)	0.004
Bronze
Brown iron ore	0. 58
Butter (15% moisture content)	0.20
Кадмий
Силикат кальция	0,05			30253 1.7
Carbon dioxide (gas)	0.0146
Carbon monoxide	0.0232
Cast iron
Cellulose, cotton, wood pulp и регенерированный	0,23
Ацетат целлюлозы формованный, листовой	0,17 — 0,33
Cellulose nitrate, celluloid	0.12 — 0.21
Cement, Portland	0.29
Cement, mortar	1.73
Ceramic materials
Мел	0,09
Древесный уголь	0,084				30254	0. 13
Chlorine (gas)	0.0081
Chrome Nickel Steel	16.3
Chromium
Chrom-oxide	0.42
Глина от сухой до влажной	0,15 — 1,8
Глина насыщенная
Coal	0.2
Cobalt
Cod (83% moisture content)	0.54
Coke	0.184
Бетон легкий	0,1 — 0,3
Бетон средний	7 0,4 — 0,47 904
Concrete, dense	1.0 — 1.8
Concrete, stone	1. 7
Constantan	23.3
Copper
Corian (керамический наполненный)	1,06
Пробковая плита	0,043
Пробка, повторно гранулированная	0.044
Cork	0.07
Cotton	0.04
Cotton wool	0.029
Carbon Steel
Cotton Шерстяной утеплитель	0,029
Мельхиор 30%	30
Diamond	1000
Diatomaceous earth (Sil-o-cel)	0.06
Diatomite	0. 12
Duralium
Earth, dry	1.5
Ebonite	0.17
Emery	11.6
Engine Oil	0.15
Ethane (gas)	0.018
Ether	0.14
Ethylene (gas)	0.017
Эпоксидная смола	0,35
Этиленгликоль	0,25
Перья 90,5420254
Felt insulation	0.04
Fiberglass	0.04
Fiber insulating board	0.048
Fiber hardboard	0. 2
Шамотный кирпич 500 ^o C	1,4
Фтор (газ)	0,0254
Foam glass	0.045
Dichlorodifluoromethane R-12 (gas)	0.007
Dichlorodifluoromethane R-12 (liquid)	0.09
Бензин	0,15
Стекло	1,05
Стекло, жемчуг, сухое 253 0.18
Glass, Pearls, saturated	0.76
Glass, window	0.96
Glass, wool Insulation	0.04
Glycerol	0,28
Золото
Гранит	1,7 — 4,0	4
Graphite	168
Gravel	0. 7
Ground or soil, very moist area	1.4
Ground or soil, moist area	1.0
Грунт или почва, сухая местность	0,5
Грунт или почва, очень сухая местность	0,33
Gypsum board	0.17
Hairfelt	0.05
Hardboard high density	0.15
Hardwoods (oak, maple..)	0.16
Hastelloy C	12
Гелий (газ)	0,142
Honey (12.6% moisture content)	0.5
Hydrochloric acid (gas)	0.013
Hydrogen (gas)	0. 168
Hydrogen sulfide (gas)	0.013
Ice (0 ^o C, 32 ^o F)	2.18
Inconel	15
Ingot iron	47 — 58
Insulation materials	0.035 — 0.16
Iodine	0.44
Iridium	147
Железо
Оксид железа	0,58
Капоковая изоляция	0,034
Kerosene	0.15
Krypton (gas)	0.0088
Lead
Leather, dry	0. 14
Limestone	1,26–1,33
Литий
Магнезиальная изоляция (85%)	0.07
Magnesite	4.15
Magnesium
Magnesium alloy	70 — 145
Marble	2.08 — 2.94
Ртуть жидкая
Метан (газ)	0,030
Methanol	0.21
Mica	0.71
Milk	0.53
Mineral wool insulation materials, wool blankets ..	0.04
Молибден
Монель
Неон (газ)	90,0460254
Neoprene	0. 05
Nickel
Nitric oxide (gas)	0.0238
Nitrogen (gas)	0.024
Nitrous oxide (gas)	0.0151
Nylon 6, Nylon 6/6	0.25
Oil, machine lubricating SAE 50	0.15
Olive oil	0.17
Oxygen (gas)	0.024
Palladium	70.9
Paper	0.05
Парафиновый воск	0,25
Торф	0,08
5 Перлит 9, атмосферное давление0254	0.031
Perlite, vacuum	0. 00137
Phenolic cast resins	0.15
Phenol-formaldehyde moulding compounds	0.13 — 0.25
Фосфорбронза	110
Пинчбек	159
Pitch	0.13
Pit coal	0.24
Plaster light	0.2
Plaster, metal lath	0.47
Plaster, sand	0,71
Гипс, рейка	0,28
Пластилин
0254
Plastics, foamed (insulation materials)	0.03
Platinum
Plutonium
Plywood	0. 13
Поликарбонат	0,19
Полиэстер	0,05
Polyethylene low density, PEL	0.33
Polyethylene high density, PEH	0.42 — 0.51
Polyisoprene natural rubber	0.13
Polyisoprene hard rubber	0.16
Полиметилметакрилат	0,17–0,25
Полипропилен, ПП	0,1–0,22
Polystyrene, expanded	0.03
Polystyrol	0.043
Polyurethane foam	0.03
Porcelain	1.5
Калий	1
Картофель, сырая мякоть	0,55
Propane (gas)	0. 015
Polytetrafluoroethylene (PTFE)	0.25
Polyvinylchloride, PVC	0.19
Pyrex glass	1.005
Минерал кварц	3
Радон (газ)	0,0033
3 Красный металл0254
Rhenium
Rhodium
Rock, solid	2 — 7
Rock, porous volcanic (Tuff)	0.5 — 2.5
Изоляция Rock Wool	0,045
Канифоль 9
Rubber, cellular	0.045
Rubber, natural	0. 13
Rubidium
Salmon (73% moisture content)	0.50
Песок сухой	0,15 — 0,25
Песок влажный	0,25 — 2	7
Sand, saturated	2 — 4
Sandstone	1.7
Sawdust	0.08
Selenium
Sheep wool	0,039
Кремнеземный аэрогель	0,02
Силиконовая литая смола	0.15 — 0.32
Silicon carbide	120
Silicon oil	0.1
Silver
Slag wool	0. 042
Шифер	2,01
Снег (температура < 0 ^o C)	0,05 — 0,25
Sodium
Softwoods (fir, pine ..)	0.12
Soil, clay	1.1
Soil, with organic matter	0.15 — 2
Soil, saturated	0.6 — 4
Solder 50-50	50
Soot	0.07
Steam, saturated	0.0184
Steam, low pressure	0.0188
Steatite	2
Сталь, углерод
Сталь, нержавеющая сталь
Straw slab insulation, compressed	0. 09
Styrofoam	0.033
Sulfur dioxide (gas)	0.0086
Sulfur, crystal	0.2
Сахара	0,087 — 0,22
Тантал
	4 Смола	4
Tellurium	4.9
Thorium
Timber, alder	0.17
Timber, ash	0.16
Timber, береза	0,14
Древесина лиственница	0,12
Древесина клен	0.16
Timber, oak	0.17
Timber, pitchpine	0. 14
Timber, pockwood	0.19
Timber, red beech	0,14
Древесина, сосна красная	0,15
Древесина, сосна белая
Timber, walnut	0.15
Tin
Titanium
Tungsten
Uranium
Urethane foam	0,021
Вакуум	0
Vermiculite granules	0.065
Vinyl ester	0.25
Water	0. 606
Water, vapor (steam)		0.0267	0,0359
Мука пшеничная	0,45
Белый металл	35 — 70
Wood across the grain, white pine	0.12
Wood across the grain, balsa	0.055
Wood across the grain, yellow pine, timber	0.147
Wood, oak	0.17
Wool, felt	0.07
Wood wool, slab	0.1 — 0.15
Xenon (gas)	0.0051
Zinc

¹⁾ Asbestos is bad for human health when the tiny abrasive fibers are inhaled into легкие, где они могут повредить легочную ткань. Это, по-видимому, усугубляется курением сигарет, и в результате возникают такие заболевания, как мезотелиома и рак легких.

1 Вт/(м·К) = 1 Вт/(м·^o C) = 0,85984 ккал/(ч м ^o C) = 0,5779 БТЕ/(фут ч ^o F) = 0,048 БТЕ/(дюйм ч ^o F) = 6,935 (БТЕ дюйм)/(фут² ч °F)
Теплопроводность — конвертер единиц измерения
Что такое кондуктивная теплопередача?

Пример — проводящая теплопередача через алюминиевый горшок против горшка из нержавеющей стали

Проводящая теплопередача через стенку горшка может быть рассчитана как

Q = (к / с) A DT (1)

или альтернативно

Q / A = (K / S) DT

, где

Q = Терп -перенос (W, BTU / H)

A = поверхность. площадь (м ² , фут ² )

q / A = теплопередача на единицу площади (Вт/м ² , БТЕ/(ч фут ² ))

4 теплопроводность (Вт/мК,

БТЕ/(час·фут °F) )

DT = T ₁ — T ₂ = разность температур (^O C, ^O F)

S = Толщина стены (M, FT)

S = ТОМЕР (M, FT)

S = Тепластилятор.

k = теплопроводность (Вт/мК, БТЕ/(час·фут·°F) )

s = толщина стенки (м, фут)

A = площадь поверхности (м 2 , фут ² )

dT = t ₁ — t ₂ = разница температур (^o C, ^o F)

Примечание! — что общая теплопередача через поверхность определяется » общим коэффициентом теплопередачи » — который помимо кондуктивной теплопередачи — зависит от

коэффициентов конвективной теплопередачи на внутренней и внешней поверхностях
коэффициенты лучистой теплопередачи на внутренней и внешней поверхностях

Калькулятор общей теплопередачи

Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку котла толщиной 2 мм — разность температур 80

^o C

таблицу выше). Кондуктивную теплопередачу на единицу площади можно рассчитать как

q / A = [(215 Вт/(м·К)) / (2 10 ^-3 м)] (80 ^o C)

= 8600000 (Вт/м ²)

= 8600 (кВт/м ²)

Проводящая теплопередача через стенку из нержавеющей стали с толщиной 2 мм — разница в температуре 80

^O C

Термическая проживание. сталь 17 Вт/(м·К) (из таблицы выше). Кондуктивную теплопередачу на единицу площади можно рассчитать как

q / A = [(17 Вт/(м·К)) / (2 10 ^-3 м) ] (80 ^o C)

= 680000 (W/M ²)

= 680 (кВт/м ²)

IS Бетонсовый дирижер из Heat

IS бетон. Хороший проводник тепла

. Некоторые материалы позволяют теплу проходить через них, и они известны как хорошие проводники тепла или теплопроводники, такие как железо, алюминий, медь, серебро, латунь, свинец и нержавеющая сталь. Простой ответ — нет.

PPT AQA GCSE 1a1 Презентация PowerPoint «Теплопередача» с сайта www.slideserve.com

Поэтому они не могут проводить электричество. Дерево или пластик лучше проводят тепло? На самом деле, в то время как многие вещества становятся более проводящими при нагревании, бетон делает это лучше.

PPT AQA GCSE 1a1 Теплопередача Презентация PowerPoint

Бетон, особенно очень сухой бетон, состоящий из портландцемента, заполнителей, песка и камня, имеет очень высокое электрическое сопротивление и иногда считается изолятором. Делают ли бетонные полы прохладу в доме? В целом сухой бетон типичного состава. Грязная вода и бетон также относятся к проводникам, однако эти материалы обладают гораздо меньшей проводимостью, чем любой металл.

Источник: www.forconstructionpros.com

Что является лучшим проводником электричества? Делают ли бетонные полы прохладу в доме? Это означает, что бетонные блоки термируют тепло намного быстрее, чем гипсокартон, однако оба типа материала могут быть использованы для строительства дома, который эффективно удерживает тепло летом и снаружи зимой. Хороший список теплопроводностей различных материалов см. в разделе Бетон проводит тепло примерно в 1/500 раза меньше, чем серебро. Простой ответ — нет.

Источник: www.slideserve.com

Теплопередача в бетонном материале при нормальных рабочих температурах осуществляется в основном за счет теплопроводности. Поэтому они не могут проводить электричество. Стекло, например, является отличным изолятором при комнатной температуре, однако превращается в проводник при нагревании до очень высокой температуры. Является ли бетон хорошим проводником тепла? Грязная вода и бетон также относятся к проводникам, однако эти материалы обладают гораздо меньшей проводимостью, чем любой металл.

Источник: www.everything-about-concrete.com

Можно поглощать тепло из атмосферы в теплую погоду и отдавать его в более прохладные периоды, т.е. Если говорить о проводимости бетона, то он плохой проводник по сравнению с металлами, но и лучший проводник, чем стекло. Алмаз также имеет низкий коэффициент теплового расширения, что означает, что он не расширяется и не сжимается так сильно, как другие материалы, при нагревании или охлаждении. В нашем эксперименте мы протестировали три разных типа материалов (металл, дерево и пластик) и обнаружили, что металл проводит тепло лучше, чем пластик и дерево. Они также потребляют меньше энергии, потому что в стене больше нет щелей, через которые может выходить или проникать тепло.

Источник: www.huaningheating.com

Является ли бетон хорошим проводником электричества? В конструкции с пассивным бетоном холодопроизводительность бетона может достигать 25 Вт/м. Стекло позволяет свободно проходить излучаемому теплу. Бетонные стены желательно сделать проводящими по причине устранения статического электричества. Бетон является гораздо лучшим изолятором, а это означает, что он может значительно замедлять электрические токи.

Источник: www.slideserve.com

Стекло является хорошим проводником тепла, если оно находится в стекловолокне. Можно поглощать тепло из атмосферы в теплую погоду и отдавать его в более прохладные периоды, например К материалам, хорошо проводящим тепло, относятся металл (например, медь), бетон и керамическая плитка. Из-за такого особого состава железные гвозди являются плохим проводником. Каковы 5 хороших проводников тепла?

Источник: lookforddiagnosis. com

На самом деле, в то время как многие вещества становятся более проводящими при нагревании, бетон делает это лучше. Поэтому они не могут проводить электричество. Бетон проводит тепло, но в меньшей степени по сравнению с металлами. Однако из-за высокого содержания железа они являются хорошими проводниками тепла. Но с высоким напряжением проблем нет.

Источник: hydrothermhydronic.com.au

Алмаз также имеет низкий коэффициент теплового расширения, что означает, что он не расширяется и не сжимается так сильно, как другие материалы, при нагревании или охлаждении. Итак, учитывая все вышеперечисленные факторы, да, воздух является хорошим проводником тепла. Дерево или пластик лучше проводят тепло? «Серебро — лучший проводник электричества, потому что оно содержит большее количество. Это означает, что бетонные блоки термируют тепло намного быстрее, чем гипсокартон, однако оба типа материала могут быть использованы для строительства дома, который эффективно удерживает тепло летом и снаружи зимой.

Источник: www.contentpumpsupply.com

Причина того, что стекло является таким ценным материалом, заключается в том, что оно демонстрирует очень низкое поглощение электромагнитного излучения в видимом диапазоне. Хотя бетон может проводить электричество, он не является эффективным проводником. Является ли бетон хорошим теплопроводником? Бетон имеет низкое значение термического сопротивления; Бетон является гораздо лучшим изолятором, а это означает, что он может значительно замедлять электрические токи.

Источник: www.forconstructionpros.com

Дерево или бетон лучше изолируют? В конструкции пассивного бетона охлаждающая способность бетона может достигать 25 Вт/м. Однако из-за высокого содержания железа они являются хорошими проводниками тепла. На свойства бетона влияет пространственное распределение и объемное соотношение его элементов, таких как заполнитель, вода, цемент и пустоты. Есть дерево и пластик — плохие электрические проводники, потому что электроны в них связаны со своими «родительскими» атомами и не двигаются свободно.

Киберфизика – теплопроводность

Передача энергии веществом без вещества
движется сама по себе, называется проводимостью. Металлы очень хорошие проводники.
Неметаллы обычно являются плохими проводниками (изоляторами). Газы очень плохие
проводников (воздушные карманы делают материалы хорошими изоляторами)’

Проводимость это когда
тепло движется через твердое тело или от одного тела к другому, потому что
два объекта находятся в контакте друг с другом. это только режим
прохождения тепла через твердые тела .

Теплопроводность

Возможность передачи
тепло внутри объекта называется теплопроводностью ‘k’ (измеряется
в Вт м ^-1 К ^-1 ). Для разных материалов она разная.
Золото, серебро и медь обладают высокой теплопроводностью. Эти материалы
также являются хорошими проводниками электричества. (Это потому, что электроны
участвует как в переносе заряда, так и в переносе тепловой энергии).
Материалы,
такие как стекло и минеральная вата, обладают низкой теплопроводностью. Это потому, что у них очень мало «свободных» электронов, которые переносят тепловую энергию внутри твердого тела. Они есть
говорят хорошие изоляторы . Скорость теплопередачи (насколько быстро
тепловая энергия движется) зависит от теплопроводности, температуры
разница и площадь контакта и материал, который объект или
структура состоит из. (См. U-значения)
Если материал
хороший проводник тепла, то тепло будет перемещаться быстро. Металлы широко
используются для целей теплопередачи, потому что они обладают свойствами, которые позволяют
для распространения (движения по линии) тепла, при этом выдерживая
экстремальные температуры, иногда связанные с нагревом.

Изолятор плохо проводит тепло .

Следовательно, металлы хороши
проводники тепла и электричества!
Но
будьте осторожны, чтобы не спутать эти два понятия и говорить об электропроводности (которая
касается заряда электронов), когда вы имеете в виду теплопроводность
(который связан с передачей энергии электронов), когда
Вы отвечаете на экзаменационные вопросы!
Держите металлический стержень
другой конец в пламени бунзена, и вскоре вы сделаете замечательное открытие. ..
Становится ГОРЯЧИМ!
Держите деревянную палку другим концом над пламенем,
конец становится таким горячим, что он будет гореть, в то время как конец, который вы держите, остается относительно
Круто.

Тепло не распространяется через структуру палочки, потому что
его состав — из чего он сделан — его структура выделяет тепло
перенос электронами внутри него очень трудно сделать.

Повседневный опыт подсказывает вам, что дерево плохо проводит тепло. Если вы когда-нибудь видели
микроскопический взгляд на древесину, вы знаете, что причина в том, что древесина сделана
состоит из отдельных клеток, которые действуют как изоляторы, потому что они не связаны между собой.
Клетки разбросаны, как камни в ручье. Чтобы путешествовать по
тепло должно «прыгать лягушкой» с камня на камень (извините за иллюстрацию). Этот
занимает больше времени, чем с металлом, где атомы связаны друг с другом в
трехмерная «решетка» (связанная трехмерная структура паттерна).

Итак, если тепловая энергия
применяется непосредственно к одной части твердого объекта (как на иллюстрации
ниже) электроны в объекте возбуждаются. Это вызывает атомную
колебания решетки, которые передаются вдоль объекта, повышая его температуру
по мере прохождения. Чем теснее связи внутри твердого тела, тем быстрее
передача тепла.

— это можно показать с помощью эксперимента ниже:

Тепло
наносится в центре кольца. Он движется по металлическим полосам
и расплавляет воск, удерживающий подшипник на месте. Они падают на
скамья с громким звуком. Они не падают все вместе! Тот, что на
медная полоска падает первой, показывая, что медь является лучшим проводником
нагревать. Алюминий — худший проводник из четырех, но они ВСЕ
металлов и все классифицируются как проводники тепла.

Если закрепить кубик льда на дне пробирки с водой (для этого нужно использовать груз, иначе он всплывет на поверхность, так как лед менее плотный, чем вода), а затем нагреть воду на вверху трубки, вы обнаружите, что вода будет кипеть в верхней части трубки, а кубик льда останется замороженным.
Это потому, что вода плохой проводник тепла. Большая часть тепла будет перемещаться в конвекционном потоке внутри воды в верхней части пробирки, и только небольшая часть его будет передаваться вниз к кубику льда.

Сводка

Теплопроводность — это метод прохождения тепла через твердое тело, в отличие от того, что происходит при конвекции, не происходит чистого движения материи.
Это можно сравнить с цепочкой людей, передающих ведра воды из источника для тушения пожара. Индивидуумы остаются более или менее неподвижными, представляя собой молекулы или атомы в твердом теле, зафиксированные в трехмерном массиве. Движение ведер представляет собой движение тепла.

Почему холодным зимним утром металл холоднее дерева? | by Sumit Joshi

Роль теплопроводности, температуропроводности и температуроэффузивности

Photo by Ilse Orsel on Unsplash

Холодным зимним утром, когда вы касаетесь куска металла и куска дерева, металл ощущается очень сильно холоднее дерева, хотя оба имеют одинаковую температуру. Это наблюдение обычно приписывают металлам, имеющим более высокую теплопроводность, чем древесина. Они извлекают из вашей руки больше тепла, чем дерево, за единицу времени. Поэтому вы воспринимаете металл как более холодный, чем дерево. Однако теплопроводность — не единственное свойство, которое играет здесь существенную роль. В этом посте, помимо теплопроводности, я буду обсуждать роль других тепловых свойств материала, которые определяют физику этого тривиального, но интересного наблюдения.

Давайте проведем мысленный эксперимент.

У вас есть плита из нержавеющей стали SAE 304 (наиболее часто используемая нержавеющая сталь) и плита из тикового дерева, каждая из которых имеет температуру 15 °C холодным зимним утром. Представьте, что одна ваша рука сделана из калия (К), а другая из кобальта (Со), теплопроводность (к) которых примерно одинакова: k_K = 102 Вт/м·K и k_Co = 100 Вт/м·K. К [2]. Обе ваши руки имеют температуру 37 °C (это нормальная температура человеческого тела). Теперь коснитесь плиты из нержавеющей стали SAE 304 (плита SS) и плиты из тикового дерева калиевой рукой, одну за другой. Повторите то же самое с кобальтовой рукой.

Когда вы прикасаетесь к плитам, степень «горячего» или «холодного», которую вы чувствуете, может быть количественно определена с точки зрения температуры на границе между вашей рукой и плитой. В таблице 1 показаны температуры интерфейса (Tᵢ) для всех комбинаций:

Таблица 1: Температура интерфейса-1.

Температуры поверхности раздела для комбинаций тикового дерева K и тикового дерева Co близки друг к другу. Таким образом, обе руки чувствовали бы, что деревянная плита почти одинаково холодна. Напротив, температуры для комбинаций K-SS и Co-SS значительно различаются — ваша кобальтовая рука почувствует, что плита SS значительно горячее, чем калиевая рука. Этого не должно происходить, так как теплопроводности калия и кобальта примерно равны, а значит, они должны извлекать одинаковое количество тепла за заданное время из плиты из нержавеющей стали, делая плиту из нержавеющей стали одинаково холодной для обеих рук. В чем причина этого несоответствия?

В стабильных условиях теплопроводность является единственным свойством, определяющим теплопроводность. По сути, он измеряет скорость теплопередачи по проводимости. В стабильных условиях, при контакте с тепловым резервуаром, хороший проводник тепла, такой как медь, извлекает или теряет больше тепла (в зависимости от разницы температур) в единицу времени, чем плохой проводник, такой как дерево. Однако в переходных условиях помимо теплопроводности коэффициент температуропроводности также определяет теплопроводность. Температуропроводность (α) определяется как,

, где ρ и c соответственно представляют собой плотность и удельную теплоемкость материала [2]. Произведение ρc можно рассматривать как объемную теплоемкость, которая описывает, насколько быстро изменяется температура материала при его нагревании. Следовательно, коэффициент температуропроводности, учитывающий влияние теплопроводности и объемной теплоемкости, по существу является мерой того, насколько быстро материал достигает устойчивого состояния теплопередачи после начального переходного периода теплопроводности [5]. Другими словами, температуропроводность связана со скоростью распространения тепла за счет теплопроводности в материале, температура которого изменяется во времени [2]. Теперь попробуем устранить несоответствие, наблюдаемое в таблице 1.

Прикосновение руками к плите из нержавеющей стали и плите из тикового дерева вызывает кратковременную теплопроводность. Здесь существенную роль играет сочетание теплопроводности и температуропроводности. Эта комбинация известна как тепловая эффузивность (e):

Термическая эффузивность, в широком смысле, является мерой способности материала обмениваться теплом с окружающей средой [2]. Если два полубесконечных твердых тела при температурах T₁ и T₂ (T₁≠T₂) внезапно помещаются в идеальный тепловой контакт, температура поверхности раздела быстро достигает устойчивого значения,

, где e₁ и e₂ — коэффициенты теплоотдачи этих твердых тел [2]. Плиту из нержавеющей стали, плиту из тикового дерева и вашу руку можно считать полубесконечными твердыми телами. [Полубесконечное твердое тело — это идеализированное тело, имеющее единую плоскую поверхность и простирающееся на бесконечность во всех направлениях, кроме одного [6]. Плиту можно считать полубесконечным телом, если (а) нас интересует изменение температуры в области, близкой к одной из поверхностей, и (б) время наблюдения настолько мало, что другая поверхность не имеет существенное влияние на интересующую область. Когда вы касаетесь плиты из нержавеющей стали или плиты из тикового дерева, это занимает несколько секунд, и, таким образом, плиты и вашу руку можно считать полубесконечными твердыми телами.]

Температуры в таблице 1 были рассчитаны с использованием уравнения. 3. Это уравнение также можно использовать для расчета температуры поверхности раздела при касании плиты из нержавеющей стали и плиты из тикового дерева обычной рукой. В Таблице 2 показаны температуры интерфейса для различных комбинаций (температуры из Таблицы 1 также показаны для сравнения), а в Таблице 3 показаны коэффициенты теплового эффузивности используемых материалов, необходимые для расчета этих температур интерфейса.

Таблица 2: Температура поверхности раздела-2. Таблица 3: Коэффициенты теплового потока материалов.

В заключение, в переходных условиях тепловая эффузивность управляет теплопроводностью и, таким образом, нашими ощущениями «горячего» или «холодного» материала.

Что, если вы останетесь в контакте с плитой из нержавеющей стали или плитой из тикового дерева немного дольше? Повлияет ли это на температуру интерфейса? На рисунках 1 и 2 показаны репрезентативные профили температуры в разное время в пределах 5 мм от границы раздела комбинаций K-SS и К-тика из таблицы 2 (температурные профили не получены эмпирически).

Рисунок 1: Температурные профили в разное время в пределах 5 мм от границы раздела комбинации K-SS. Рисунок 2: Температурные профили в разное время в пределах 5 мм от границы раздела комбинации К-тик.

Я призываю читателей угадать температурные профили для других комбинаций из Таблицы 2. Будьте осторожны с наклоном кривых!

Пища для размышлений

Представляется, что на коротких промежутках времени профили температуры внутри материалов изменяются со временем, а температуры на границе раздела — нет (рис. 1 и 2). Будет ли температура интерфейса отличаться от начальной температуры интерфейса после достижения установившихся условий?
У вас высокая температура. Температура вашего тела 39 °C. Друг с нормальной температурой тела дотрагивается до вашего лба и диагностирует, что у вас нет лихорадки. Из чего могла быть сделана его рука 😄? Выберите правильные варианты из следующих: (а) стекло (б) вода (жидкость) (в) алюминий (г) алмаз (может быть несколько правильных вариантов)

Спасибо за чтение! Конструктивная критика и отзывы всегда приветствуются!

Ссылки:

Прогнозирование температурного комфорта человека в автомобилях
Огюстен Салазар, О температуропроводности , European Journal of Physics, 2003.
Варламов А.А., Асламазов Л.Г., Чудеса физики , World Scientific.
База данных тепловых свойств материалов
Температуропроводность и эффузивность
Переходная теплопроводность в полубесконечном твердом теле с поверхностной конвекцией
Йошида А. , Кагата К., Ямада Т., Измерение теплопроводности человека Кожа с использованием фотоакустического метода , Int J Thermophys, 2010.
Список теплопроводностей

Я хотел бы поблагодарить доктора Т. Г. Вигнеша за корректуру статьи.

Присоединяйтесь к Medium по моей реферальной ссылке — Sumit Joshi

Прочитайте все истории от Sumit Joshi (и тысяч других авторов на Medium). Ваш членский взнос напрямую поддерживает…

sjosh90.medium.com

Получайте электронное письмо всякий раз, когда Sumit Joshi публикует.

Получайте электронные письма каждый раз, когда Сумит Джоши публикует. Зарегистрировавшись, вы создадите учетную запись Medium, если у вас ее еще нет…

sjosh90.medium.com

Проводники и изоляторы | Тепловые и электрические проводники и изоляторы

Этот урок посвящен проводникам и изоляторам. Узнайте о списках теплопроводников, списках теплоизоляторов, списках электрических проводников и списках электрических изоляторов.

Примеры изоляторов

Проводники и изоляторы

Мы можем определить проводники и изоляторы по отношению к теплу и электричеству.

Проводники могут быть теплопроводами и электрическими проводниками . Изоляторы могут быть теплоизоляторами и электрическими изоляторами .

Проводники и изоляторы тепла

Проводники тепла (проводники тепла)

Проводники тепла или проводники тепла пропускают через себя тепло.

Вы когда-нибудь пробовали размешивать кипящий суп с помощью металлическая ложка ? Если вы пробовали это делать, то знаете, как быстро тепловая энергия течет от горячего супа через ложку к вашей руке. Ты помнишь; как у тебя пальцы стали гореть??? Это связано с тем, что тепло быстрее проходит через металл. Такие вещества, как металл, называются проводниками .

Теплопроводность

Перемещение тепла через твердый теплопровод называется теплопроводностью .

Хорошие проводники тепла

Металл является хорошим проводником тепла, поскольку он легко пропускает через себя тепло.
Медь и серебро являются лучшими проводниками тепла.
Медь проводит тепло в десять раз лучше, чем железо.
Когда тепло передается за счет проводимости через теплопроводник, тепло передается от одного атома к другому. Тепло течет, а нагретые атомы — нет!

Примеры теплопроводников

Алюминий
Brass
Bronze
Copper
Gold
Graphite
Iron
Mercury
Steel
Silver

Heat Insulators (Insulators of Heat)

Heat insulators or insulators of heat don не позволяйте теплу течь через них.

Вернемся к нашему примеру.

Если вы использовали деревянную ложку или ложку с пластиковой ручкой, вы по опыту знаете, насколько легче размешивать горячий суп. Это потому, что ни дерево, ни пластик не проводят тепло. Такие вещества называются 9изоляторы 2896 .

Хорошие теплоизоляторы

Дерево, пластик и воздух — вот некоторые примеры теплоизоляторов.
Газы являются самыми плохими проводниками тепла. Другими словами, они являются лучшими теплоизоляторами. Воздух представляет собой смесь газов. Вот почему воздух является хорошим изолятором.

Примеры теплоизоляторов

Дерево
Пластик
Стекло
Резина
Ткань
Корк
Ceramic
Стирофейм
ФАРФОН
AIR

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛЕВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ и инсуляторы

Теперь вы можете понимать, что теплопроводники и инсуляторы могут быть полезными, но и для того, чтобы они были полезны. Оба, но оба. Оба. Оба, но оба. Оба, но оба. Оба, но оба. Оба, но оба. Оба. Например; дно кастрюли может быть сделано из металла, такого как железо или алюминий, что позволяет теплу быстро передаваться от плиты к еде внутри. А вот ручка у него, скорее всего, будет деревянной или пластиковой. Эти материалы не пропустят тепло к вашим пальцам и не обожгут их.

Теплопроводы и теплоизоляторы также называются теплопроводами и теплоизоляторами.

Проводники и изоляторы электричества

Электрические проводники (проводники электричества)

Электрические проводники или проводники электричества пропускают через себя тепло. Электрические проводники блокируют поток электричества.

Хорошие электрические проводники

Все металлы проводят электричество, но некоторые металлы лучше других.
Медь, алюминий, золото и серебро являются очень хорошими проводниками.
Серебро проводит электричество лучше, чем медь, но серебро слишком дорого для электропроводки.

Примеры электрических проводников

серебро
алюминий
золото
медь
графит
сталь
- бронза
Электрические изоляторы (изоляторы электричества)

Электрические изоляторы или изоляторы электричества не пропускают через себя электричество.