Какая теплопроводность у меди: Свойства меди: плотность, теплоемкость, теплопроводность

Содержание

Тепловые и термодинамические свойства меди

Рассмотрим тепловые и термодинамические свойства меди.

Температура плавления 1083°С, температура кипения 2573°С, характеристическая температура Θ_D 345 К, удельная теплота плавления 239 кДж/кг, удельная теплота испарения 4790 кДж/кг. Удельная теплоемкость меди при 293 К при постоянном давлении Ср= 384,2 Дж/(кг*K), а жидкой (при температуре плавления) 495 Дж/(кг*К). Удельная электронная теплоемкость Ср^эл = [0,688 мДж/(моль*К²)] *Т. Теплопроводность λ при 293 К равна 397 Вт/(м*К), при температуре 1356 К 165,8 Вт/(м*К).

Зависимость теплопроводности λ, от температуры (чистота 99,999 %):

Т, К

λ, Вт/(м*К)

Т, К

λ, Вт/(м*К)

Т, К

λ, Вт/(м*К)

523,5

1487,0

2518,0

1189,5

100

150

200

250

481,3

428,4

413

406,0

300

350

400

401,2

397,2

393,7

Теплопроводность меди заметно не изменяется под влиянием висмута, свинца, серы, селена, сильно понижается под влиянием незначительных количеств мышьяка, алюминия, снижается под влиянием сурьмы. Температурный коэффициент линейного расширения при 293 К α = 16,7*10^-6К^-1.

Изменение α в зависимости от температуры (чистота 99,999%):

Т, К

α*10⁶ К^-1

Т, К

α*10⁶ К^-1

Т, К

α*10⁶ К^-1

0,0024

0,23

400

17,58

0,01062

2,28.

600

18,92

0,0294

5,40

800

20,09

0,06322

100

10,33

1000

22,1

0,9634

200

15,18

1200

24,5

1300

27,0

Температурный коэффициент объемного расширения при 293 К β = 49,2*10^-6 К^-1, в диапазоне 293-1356 К: β= (45,0+0,016 Т)*10^-6К^-1, где β Д коэффициент объемного расширения, К^-1; Т Д температура, К.

Молярная энтропия s° в зависимости от температуры:

Т, К

298

500

1000

1500

2000

2500

3000

s°, Дж/(моль*К)

33,39

44,8

65,28

87,19

96,20

103,24

215,53

Поверхностное натяжение при 1083 °С σ =1351 мН/м. Поверхностная энергия v =1115 мДж/м², для грани (100) v =1060, а для (111) v = 926 мДж/м³. Энергия дефекта упаковки 67 МДж/м². Давление пара р в зависимости от температуры:

Т, К

Р, Па

Т, К

Р, Па

700

800

900

31,066*10^-15

38,514*10^-12

97,804*10^-10

1000

1100

82,22*10^-8

30,968*10^-6

Давление пара при температуре плавления Р =50,47 мПа. Энергия активации самодиффузии в интервале 1135Д1330 К Е= 205 КДж/моль.

Параметры взаимной диффузии (предэкспоненциальный множитель Do и энергия активации Е) некоторых элементов в меди:

Диффундирующий элемент

T, К

Образующаяся фаза

D₀, м²/с

Е, кДж/моль

—

Твердый раствор

5,6*10^-8

38,52

—

Твердый раствор

2,32*10^-8

117,23

—

Твердый раствор

3,7*10^-6

167,47

1403Д1673

Жидкая фаза

3,44*10^-7

28,85

1073Д1273

Твердый раствор

8,24*10^-5

196,78

Мп

973Д1348

Твердый раствор

5*10^-5

192,59

973Д1343

Твердый раствор

1,4*10^-4

216,88

973Д1348

Твердый раствор

1,93*10^-4

226,51

973Д1348

Твердый раствор

2,7*10^-4

236,55

878Д1323

Твердый раствор

3,4*10^-5

190,92

952Д1288

Твердый раствор

3,97*10^-5

187,5

1083Д1328

Твердый раствор

2*10^-5

176,6

1023Д1328

Твердый раствор

3,3*10^-4

242,5

1080Д1328

Твердый раствор

1,71*10^-4

227

973Д1173

Твердый раствор

1,3*10^-6

161,6

998Д1223

Твердый раствор

9,35*10^-5

191,34

1023Д1343

Твердый раствор

1,3*10^-4

193

973Д1189

Твердый раствор

1,0*10^-4

190,5

873Д1273

Твердый раствор

3,4*10^-5

175,85

—

Твердый раствор

1*10^-5

187,99

1058Д1269

Твердый раствор

7,1*10^-5

181,29

Физические свойства меди

Электрические и магнитные свойства меди

Тепловые и термодинамические свойства меди

Оптические свойства меди

Механические свойства меди

Химические свойства меди

Технологические свойства меди

Области применения меди

БРОНЗА ЛАТУНЬ

Теплопроводность, теплоемкость серебра и его теплофизические свойства.

Теплопроводность меди. Замечательное свойство

В истории человеческой цивилизации роль меди преувеличить невозможно. Именно с нее человек начинал осваивать металлургию, учился создавать инструменты, посуду, украшения, деньги. И все благодаря уникальным свойствам этого металла, проявляющимся при сплаве с другими веществами. То мягкий, то прочный, то тугоплавкий, то плавится без всяких усилий. Обладает множеством прекрасных характеристик, и одной из них является теплопроводность меди.

Если речь зашла об этой характеристике, то надо пояснить, о чем идет речь. Теплопроводностью называют способность вещества передавать тепло от нагретого участка к холодному. Так вот, теплопроводность меди одна из самых высоких среди металлов. Как можно оценить такое свойство, как хорошее или как плохое?

Если спросить кулинаров и поваров, они скажут, как хорошее, благодаря чему наилучшим образом передает тепло от огня к готовящемуся продукту, да и нагрев равномерно распределяется по поверхности, контактирующей с пламенем.

Конечно, и другие металлы, и не только металлы, передают тепло, или, по-другому, обладают достаточной теплопроводностью, но у меди эта способность одна из лучших, так называемый коэффициент теплопроводности меди самый высокий, выше только у серебра.

Отмеченная способность обеспечивает широкие возможности использования металла в самых разных областях. В любых системах теплообмена медь является первым кандидатом на применение. Например, в электроотопительных приборах или в радиаторе автомобиля, где нагретая охлаждающая жидкость отдает лишнее тепло.

Теперь можно попытаться понять, чем обусловлен эффект передачи тепла. Происходящее объясняется достаточно просто. Происходит равномерное распределение энергии по объему материала. Можно провести аналогию с летучим газом. Попав в какой-то замкнутый сосуд, такой газ занимает все доступное ему место. Так и здесь, если металл нагреть в какой-то отдельной области, то полученная энергия равномерно распределяется по всему материалу.

Таким явлением можно объяснить теплопроводность меди. Не вдаваясь в можно сказать, что за счет внешнего поступления энергии (нагрева) часть атомов получает дополнительную энергию и затем передает ее другим атомам. Энергия (нагрев) распространяется по всему объему предмета, вызывая его общий нагрев. Подобное происходит с любым веществом.

Разница только в том, что медь, теплопроводность которой очень высокая, хорошо передает тепло, а другие вещества делают то же самое значительно хуже. Но во многих случаях это может быть и нужным свойством. На плохо проводить тепло основана теплоизоляция, за счет плохой передачи тепла не происходит его потерь. Теплоизоляция в домах позволяет сохранять комфортные условия проживания в самые суровые морозы.

Обмен энергией, или, как в нашем случае, передача тепла, может осуществляться и между разными материалами, если они находятся в физическом контакте. Именно это происходит, когда мы ставим чайник на огонь. Он нагревается, а затем от посуды нагревается вода. За счет свойств материала происходит передача тепла. Теплопередача зависит от многих факторов, в том числе от свойств самого материала, таких как его чистота. Так, если теплопроводность меди лучше, чем у других металлов, то уже ее сплавы, бронза и латунь обладают значительно худшей теплопроводностью.

Говоря об этих свойствах, нельзя не отметить, что теплопроводность зависит от температуры. Даже у самой чистой меди, с содержанием 99,8%, с ростом температуры коэффициент теплопроводности падает, а у других металлов, например, марганцевой латуни, с повышением температуры коэффициент растет.

В изложенном описании дано объяснение такого понятия, как теплопроводность, объяснена физическая суть явления, на примере меди и других веществ рассмотрены некоторые варианты применения этих свойств в повседневной жизни.

В таблице приведены значения теплопроводности латуни, бронзы, а также медно-никелевых сплавов (константана, копели, манганина и др.) в зависимости от температуры — в интервале от 4 до 1273 К.

Теплопроводность латуни, бронзы и других сплавов на основе меди при нагревании увеличивается. По данным таблицы, наибольшей теплопроводностью из рассмотренных сплавов при комнатной температуре обладает латунь Л96
. Ее теплопроводность при температуре 300 К (27°С) равна 244 Вт/(м·град).

Также к медным сплавам с высокой теплопроводностью можно отнести: латунь ЛС59-1, томпак Л96 и Л90, томпак оловянистый ЛТО90-1, томпак прокатный РТ-90. Кроме того, теплопроводность латуни в основном выше теплопроводности бронзы. Следует отметить, что к бронзам с высокой теплопроводностью относятся: фосфористая, хромистая и бериллиевая бронзы, а также бронза БрА5.

Медным сплавом с наименьшей теплопроводностью является марганцовистая бронза
— ее коэффициент теплопроводности при температуре 27°С равен 9,6 Вт/(м·град).

Теплопроводность медных сплавов всегда ниже теплопроводности при прочих равных условиях. Кроме того, теплопроводность медно-никелевых сплавов имеет особенно низкое значение. Самым теплопроводным из них при комнатной температуре является мельхиор МНЖМц 30-0,8-1 с теплопроводностью 30 Вт/(м·град).

Таблица теплопроводности латуни, бронзы и медно-никелевых сплавов

Сплав	Температура, К	Теплопроводность, Вт/(м·град)
Медно-никелевые сплавы
Бериллиевая медь	300	111
Константан зарубежного производства	4…10…20…40…80…300	0,8…3,5…8,8…13…18…23
Константан МНМц40-1,5	273…473…573…673	21…26…31…37
Копель МНМц43-0,5	473…1273	25…58
Манганин зарубежного производства	4…10…40…80…150…300	0,5…2…7…13…16…22
Манганин МНМц 3-12	273…573	22…36
Мельхиор МНЖМц 30-0,8-1	300	30
Нейзильбер	300…400…500…600…700	23…31…39…45…49
Латунь
Автоматная латунь UNS C36000	300	115
Л62	300…600…900	110…160…200
Л68 латунь деформированная	80…150…300…900	71…84…110…120
Л80 полутомпак	300…600…900	110…120…140
Л90	273…373…473…573…673…773…873	114…126…142…157…175…188…203
Л96 томпак волоченый	300…400…500…600…700…800	244…245…246…250…255…260
	300…600…900	84…120…150
ЛМЦ58-2 латунь марганцовистая	300…600…900	70…100…120
ЛО62-1 оловянистая	300	99
ЛО70-1 оловянистая	300…600	92…140
ЛС59-1 латунь отожженая	4…10…20…40…80…300	3,4…10…19…34…54…120
ЛС59-1В латунь свинцовистая	300…600…900	110…140…180
ЛТО90-1 томпак оловянистый	300…400…500…600…700…800…900	124…141…157…174…194…209…222
Бронза
БрА5	300…400…500…600…700…800…900	105…114…124…133…141…148…153
БрА7	300…400…500…600…700…800…900	97…105…114…122…129…135…141
БрАЖМЦ10-3-1,5	300…600…800	59…77…84
БрАЖН10-4-4	300…400…500	75…87…97
БрАЖН11-6-6	300…400…500…600…700…800	64…71…77…82…87…94
БрБ2, отожженая при 573К	4…10…20…40…80	2,3…5…11…21…37
БрКд	293	340
БрКМЦ3-1	300…400…500…600…700	42…50…55…54…54
БрМЦ-5	300…400…500…600…700	94…103…112…122…127
БрМЦС8-20	300…400…500…600…700…800…900	32…37…43…46…49…51…53
БрО10	300…400…500	48…52…56
БрОС10-10	300…400…600…800	45…51…61…67
БрОС5-25	300…400…500…600…700…800…900	58…64…71…77…80…83…85
БрОФ10-1	300…400…500…600…700…800…900	34…38…43…46…49…51…52
БрОЦ10-2	300…400…500…600…700…800…900	55…56…63…68…72…75…77
БрОЦ4-3	300…400…500…600…700…800…900	84…93…101…108…114…120…124
БрОЦ6-6-3	300…400…500…600…700…800…900	64…71…77…82…87…91…93
БрОЦ8-4	300…400…500…600…700…800…900	68…77…83…88…93…96…100
Бронза алюминиевая	300	56
Бронза бериллиевая состаренная	20…80…150…300	18…65…110…170
Бронза марганцовистая	300	9,6
Бронза свинцовистая производственная	300	26
Бронза фосфористая 10%	300	50
Бронза фосфористая отожженая	20…80…150…300	6…20…77…190
Бронза хромистая UNS C18200	300	171

Примечание: Температура в таблице дана в градусах !

Температура плавления латуни

Температура плавления латуни рассмотренных марок изменяется в интервале от 865 до 1055 °С. Наиболее легкоплавкой является марганцовистая латунь ЛМц58-2 с температурой плавления 865°С. Также к легкоплавким латуням можно отнести: Л59, Л62, ЛАН59-3-2, ЛКС65-1,5-3 и другие.

Наибольшую температуру плавления имеет латунь Л96
(1055°С). Среди тугоплавких латуней по данным таблицы можно также выделить: латунь Л90, ЛА85-0,5, томпак оловянистый ЛТО90-1.

Температура плавления латуни

Латунь	t, °С	Латунь	t, °С
Л59	885	ЛМц55-3-1	930
Л62	898	ЛМц58-2 латунь марганцовистая	865
Л63	900	ЛМцА57-3-1	920
Л66	905	ЛМцЖ52-4-1	940
Л68 латунь деформированная	909	ЛМцОС58-2-2-2	900
Л70	915	ЛМцС58-2-2	900
Л75	980	ЛН56-3	890
Л80 полутомпак	965	ЛН65-5	960
Л85	990	ЛО59-1	885
Л90	1025	ЛО60-1	885
Л96 томпак волоченый	1055	ЛО62-1 оловянистая	885
ЛА67-2,5	995	ЛО65-1-2	920
ЛА77-2	930	ЛО70-1 оловянистая	890
ЛА85-0,5	1020	ЛО74-3	885
ЛАЖ60-1-1	904	ЛО90-1	995
ЛАЖМц66-6-3-2	899	ЛС59-1	900
ЛАН59-3-2 латунь алюминиево-никелевая	892	ЛС59-1В латунь свинцовистая	900
ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5	940	ЛС60-1	900
ЛЖМц59-1-1	885	ЛС63-3	885
ЛК80-3	900	ЛС64-2	910
ЛКС65-1,5-3	870	ЛС74-3	965
ЛКС80-3-3	900	ЛТО90-1 томпак оловянистый	1015

Температура плавления бронзы

Температура плавления бронзы находится в диапазоне от 854 до 1135°С. Наибольшей температурой плавления обладает бронза АЖН11-6-6
— она плавится при температуре 1408 К (1135°С). Температура плавления этой бронзы даже выше, чем , которая составляет 1084,6°С.

К бронзам с невысокой температурой плавления можно отнести: БрОЦ8-4, БрБ2, БрМЦС8-20, БрСН60-2,5 и подобные.

Температура плавления бронзы

Бронза	t, °С	Бронза	t, °С
БрА5	1056	БрОС8-12	940
БрА7	1040	БрОСН10-2-3	1000
БрА10	1040	БрОФ10-1	934
БрАЖ9-4	1040	БрОФ4-0. 25	1060
БрАЖМЦ10-3-1,5	1045	БрОЦ10-2	1015
БрАЖН10-4-4	1084	БрОЦ4-3	1045
БрАЖН11-6-6	1135	БрОЦ6-6-3	967
БрАЖС7-1,5-1,5	1020	БрОЦ8-4	854
БрАМЦ9-2	1060	БрОЦС3,5-6-5	980
БрБ2	864	БрОЦС4-4-17	920
БрБ2,5	930	БрОЦС4-4-2,5	887
БрКМЦ3-1	970	БрОЦС5-5-5	955
БрКН1-3	1050	БрОЦС8-4-3	1015
БрКС3-4	1020	БрОЦС3-12-5	1000
БрКЦ4-4	1000	БрОЦСН3-7-5-1	990
БрМГ0,3	1076	БрС30	975
БрМЦ5	1007	БрСН60-2,5	885
БрМЦС8-20	885	БрСУН7-2	950
БрО10	1020	БрХ0,5	1073
БрОС10-10	925	БрЦр0,4	965
БрОС10-5	980	Кадмиевая	1040
БрОС12-7	930	Серебряная	1082
БрОС5-25	899	Сплав ХОТ	1075

Примечание: температуру плавления и кипения других металлов можно найти в .

Источники:

Физические величины. Справочник. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Представлены таблицы теплофизических свойств серебра Ag в зависимости от температуры (в интервале от -223 до 1327°С). В таблицах даны такие свойства, как плотность ρ

, удельная теплоемкость серебра С р

, теплопроводность λ

, удельное электрическое сопротивление ρ

и температуропроводность а

.

Серебро довольно тяжелый металл — его плотность при комнатной температуре имеет значение 10493 кг/м 3 .
При нагревании серебра его плотность уменьшается, поскольку этот металл расширяется, и его объем увеличивается. При температуре 962°С серебро начинает плавиться. Плотность жидкого серебра при температуре плавления составляет величину 9320 кг/м 3 .

Серебро имеет относительно не высокую величину теплоемкости по сравнению с . Например, теплоемкость равна 904 Дж/(кг·град), меди — 385 Дж/(кг·град). Удельная теплоемкость серебра при нагревании увеличивается. Ее поведение для этого металла в твердом состоянии подобно таковому для меди, но скачки теплоемкости при плавлении имеют противоположные направления. В целом, рост С р
к температуре плавления по сравнению с классическим значением , составляет около 30%.

Теплоемкость серебра изменяется в пределах от 235,4 (при комнатной температуре) до 310,2 Дж/(кг·град) — в расплавленном состоянии. При переходе в жидкое состояние теплоемкость серебра увеличивается и при последующем росте температуры остается практически постоянной. При обычной температуре значение удельной теплоемкости серебра составляет 235,4 Дж/(кг·град).
Следует отметить, что коэффициент электронной теплоемкости Ag равен 0,68 мДж/(моль·К 2).

Плотность и удельная теплоемкость серебра

t, °С	ρ, кг/м 3	С р, Дж/(кг·град)	t, °С	ρ, кг/м 3	С р, Дж/(кг·град)
-73	10540	—	627	10130	276,5
27	10493	235,4	727	10050	284,2
127	10430	239,2	827	9970	292,3
227	10370	243,9	927	9890	297
327	10300	249,7	962	9320	310,2
427	10270	255,6	1127	9270	310,2
527	10200	262,1	1327	—	310,2

Серебро относится к металлам с высокой теплопроводностью — теплопроводность серебра при комнатной температуре составляет 429 Вт/(м·град).
Например, у меди значение коэффициента теплопроводности ниже — равна 401 Вт/(м·град).

С повышением температуры теплопроводность серебра λ

уменьшается. Особенно резкое снижение теплопроводности этого металла происходит при его плавлении. Коэффициент теплопроводности жидкого серебра равен 160 Вт/(м·град) при температуре плавления. При дальнейшем нагревании расплавленного серебра его теплопроводность начинает расти.

Удельное электрическое сопротивление серебра при комнатной температуре равно 1,629·10 -8 Ом·м.
В процессе нагрева этого металла его сопротивление увеличивается, например при температуре 927°С, удельное сопротивление серебра имеет значение 8,089·10 -8 Ом·м. Переход этого металла в жидкое состояние приводит к двукратному росту его электрического сопротивления — при температуре плавления 962°С оно достигает величины 17,3·10 -8 Ом·м.

Коэффициент температуропроводности серебра при обычных температурах равен 174·10 -6 м 2 /с и при нагревании уменьшается. При плавлении этого драгоценного металла его температуропроводность значительно снижается, однако последующий нагрев приводит к росту коэффициента температуропроводности.

Теплопроводность серебра, его удельное сопротивление и температуропроводность

t, °С	λ, Вт/(м·град)	ρ·10 8 Ом·м	а·10 6 , м 2 /с	t, °С	λ, Вт/(м·град)	ρ·10 8 Ом·м	а·10 6 , м 2 /с
-223	—	0,104	—	527	398,3	4,912	149
-173	—	0,418	—	627	389,8	5,638	143
-73	430	1,029	181	727	380,7	6,396	137
27	429,5	1,629	174	827	369,6	7,215	131
127	424,1	2,241	170	927	358,5	8,089	124
227	418,6	2,875	166	962	160	17,3	55,4
327	414	3,531	161	1127	167	18,69	58
427	406,9	4,209	155	1327	174	20,38	—

Cтраница 1

Теплопроводность меди меньше теплопроводности серебра и золота и равна соответственно 73 2 и 88 8 % теплопроводности последних двух металлов.

Теплопроводность меди равна & т 3 9 Вт / (см — К), теплоемкостью стержня пренебречь.

Теплопроводность меди и алюминия, как и теплопроводность других чистых металлов, растет с повышением температуры.

Теплопроводность меди при комнатной температуре в 6 раз больше теплопроводности технического железа, поэтому сварка меди и ее сплавов должна производиться с увеличенной погонной тепловой энергией, а во многих случаях с предварительным и сопутствующим подогревом основного металла.

Теплопроводность меди примерно в 1 000 раз больше, чем теплопроводность изоляции, так что тепловым сопротивлением проводника в радиальном направлении можно пренебречь по сравнению с тепловым сопротивлением изоляции. Кроме того, легко обнаружить, что благодаря симметричному расположению проводников плоскости, отделяющие друг от друга смежные слои проводников, являются поверхностями равного уровня температурного поля. Результирующая теплопроводность этого эквивалентного тела соответствует результирующей теплопроводности всей обмотки, если только мы полагаем, что обмотка состоит из слоев, содержащих проводники одного и того же поперечного сечения с изоляцией одинаковой толщины.

Поскольку теплопроводность меди достаточно велика, температуры блока на его поверхности и под датчиком отличаются весьма незначительно. Это обстоятельство было использовано при определении истинных потоков следующим образом.

Хотя теплопроводность меди в 8 раз, а тепловое расширение в 2 раза выше, нем у малоуглеродистой стали, высокая температура ацетилено-кислородного пламени позволяет производить сварку меди плавлением; однако получить сварные швы удовлетворительного качества при сварке технически чистой меди трудно. Эта медь содержит 0 025 — 0 1 % кислорода в виде эвтектики Си2О — Си (3 6 % Си2О), которая придает литому металлу хрупкость.

Коэффициент теплопроводности меди, серебра и стали изменяется с температурой незначительно, теплопроводность алюминия возрастает в интервале 0 — 400 С приблизительно в 1 6 раза. При высоких температурах серебро испаряется интенсивнее меди, а медь окисляется и взаимодействует с парами теллуридов. Поэтому для медных шин целесообразно использовать защиту слоем железа. Контакт шин с термоэлементами осуществляется через промежуточные слои, исключающие диффузию материала шины в термоэлектрический материал.

Какой же все таки поставить радиатор? Я думаю каждый из нас задавался таким же вопросом придя на рынок или в магазин запчастей, осматривая огромный выбор радиаторов на любой вкус, удовлетворяющий даже самого извращенного привереды. Хочешь двух рядный, трех рядный, побольше, поменьше, с крупной секцией с мелкой, алюминиевый, медный. Вот именно из какого металла изготовлен радиатор и пойдет речь.

Одни считают, что медь. Это своеобразные староверы, так бы назвали их в XVII веке. Да, если взять не новые автомобили XX века, то тогда повсеместно устанавливались медные радиаторы. Не зависимо от марки и модели, была ли это бюджетная микролитражка или тяжеловесный многотонный грузовик. Но есть и другая армия автовладельцев утверждая что радиаторы изготовленные из алюминия лучше медных. Потому как их устанавливают на новые современные автомобили, на сверхмощные двигатели требующие качественного охлаждения.

И что самое интересное они все правы. И у тех и у других есть свои плюсы и естественно минусы. А теперь небольшой урок физики. Самым отличным показателем, на мой взгляд, являются цифры, а именно коэффициент теплопроводности. Если сказать по простому то это способность вещества передавать тепловую энергию от одного вещества другому. Т.е. у нас имеется ОЖ, радиатор из N-ного металла и окружающая среда. Теоретически чем выше коэффициент тем быстрее радиатор будет забирать тепловую энергию у ОЖ и быстрее отдавать в окружающую среду.

Итак, теплопроводность меди составляет 401 Вт/(м*К), а алюминия — от 202 до 236 Вт/(м*К). Но это в идеальных условиях. Казалось бы медь выиграла в данном споре, да это «+1» за медные радиаторы. Теперь кроме всего необходимо рассмотреть собственно конструкцию самих радиаторов.

Я нашел два вида радиаторов в основе которых лежат алюминиевые и стальные трубки. Вот еще не маловажная часть, т.к. коэффициент теплопроводности стали очень мал по сравнению с алюминием, всего лишь 47 Вт/(м*К). И собственно только из-за высокой разности показателей, уже не стоит устанавливать алюминиевые радиаторы со стальными трубками. Хотя они прочнее чистокровных алюмишек и снижают риски протечки от высокого давления, например при заклинившем клапане в крышке расширительного бачка. Высокая концентрация алюминиевых пластин на трубках увеличивает площадь радиатора обдуваемого воздухом тем самым увеличивая его эффективность, но при этом увеличивается сопротивление воздушного потока и снижается объем прокачиваемого воздуха.

Ценовая политика же на рынке сложилась таким образом что медные радиаторы значительно дороже алюминиевых. Из общей картины можно сделать вывод что и те и другие радиаторы по своему хороши. Какой же все таки выбрать? Этот вопрос остается за вами.

электропроводность, свойства, особенности и применение.

Большая энциклопедия нефти и газа

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

1

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

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

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

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

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

2

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

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

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

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

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

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

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

3

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

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

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

4

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

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

Металлы обладают большим количеством характеристик, которые определяют их эксплуатационные качества и возможность применения при изготовлении определенных изделий. Важной характеристикой всех материалов можно назвать теплопроводность. Этот показатель определяет способность материального тела к переносу тепловой энергии. Таблица теплопроводности металлов встречается в различных справочниках, может зависеть от различных их особенностей. Примером можно назвать то, что механизм переноса тепловой энергии во многом зависит от агрегатного состояния вещества.

От чего зависит показатель теплопроводности

Рассматривая теплопроводность металлов и сплавов (таблица создана не только для металлов, но и других материалов), следует учитывать, что наиболее важным показателем является коэффициент теплопроводности. Он зависит от нижеприведенных моментов:

В таблицах для некоторых металлов и сплавов коэффициент теплопроводности указывается уже в жидкой фазе.

Сегодня на практике практически
не проводят измерение рассматриваемого показателя. Это связано с тем, что коэффициент теплопроводности при несущественном изменении химического состава остается практически неизменным. Табличные данные применяются при проектировании и выполнении других расчетов.

Понятие коэффициента теплопроводности

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

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

Температура, измеряемая в Кельвинах.
Показатель электропроводности.

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

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

Когда учитывается

При рассмотрении различных свойств материалов часто уделяется внимание и теплопроводности. Этот показатель важен в нижеприведенных случаях:

В заключение отметим, что до развития молекулярно-кинетической теории было принято считать передачу тепловой энергии признаком перетекания гипотетического теплорода. Появление современного оборудования позволило изучить строение материалов и изучить поведение частиц при воздействии высокой температуры. Передача энергии
происходит за счет быстрого движения молекул, которые начинают сталкиваться, и приводит в движение другие молекулы, находящиеся в спокойном состоянии.

Определение коэффициента теплопроводности металлов играет важную роль в некоторых областях, например в металлургии, радиотехнике, машиностроении, строительстве. В настоящее время существует множество различных методов, с помощью которых можно определить коэффициент теплопроводности металлов.

Данная работа посвящена изучению основного свойства металлов — теплопроводности, а также изучению методов исследования теплопроводности.

Объектом исследования является теплопроводность металлов, а так же различные методы лабораторных исследований.

Предмет исследования — коэффициенты теплопроводности металлов.

Планируемый результат — постановка лабораторной работы «Определение коэффициента теплопроводности металлов» на основе калориметрического метода.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Изучение теории теплопроводности металлов;

Изучение методов определения коэффициента теплопроводности;

Подбор лабораторного оборудования;

Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности металлов;

Постановка лабораторной работы «Определение коэффициента теплопроводности металлов».

Работа состоит из трёх глав, в которых раскрыты поставленные задачи.

Закон Фурье

Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц тела.

Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье. Согласно этому закону количество тепла dQ, передаваемое посредством теплопроводности через элемент поверхности dF, перпендикулярный тепловому потоку, за время dф прямо пропорционально температурному градиенту, поверхности dF и времени dф.

Коэффициент пропорциональности л называется коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности — теплофизическая характеристика вещества, характеризует способность вещества проводить теплоту.

Знак минус в формуле (1) указывает на то, что теплота передается в направлении уменьшения температуры.

Количество теплоты, прошедшее в единицу времени через единицу изотермической поверхности, называется тепловым потоком:

Закон Фурье применим для описания теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел, различие будет только в коэффициентах теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества

Коэффициент теплопроводности — теплофизическая характеристика вещества, характеризует способность вещества проводить теплоту.

Коэффициент теплопроводности — количество теплоты, проходящее в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярно grad t.

Для различных веществ коэффициент теплопроводности различен и зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры. Эти обстоятельства должны учитываться при использовании справочных таблиц.

Наибольшее значение имеет коэффициент теплопроводности металлов, для которых. Наиболее теплопроводным металлом является серебро, затем идут чистая медь, золото, алюминий и т.д. Для большинства металлов рост температуры приводит к уменьшению коэффициента теплопроводности. Эта зависимость может быть приближенно аппроксимирована уравнением прямой линии

здесь л, л0 — соответственно коэффициенты теплопроводности при данной температуре t и при 00C, в — температурный коэффициент. Коэффициент теплопроводности металлов очень чувствителен к примесям.

Например, при появлении в меди даже следов мышьяка её коэффициент теплопроводности снижается с 395 до 142; для стали при 0,1 % углерода л = 52 , при 1,0 % — л = 40 , при 1,5 % углерода л=36 .

На коэффициент теплопроводности влияет и термическая обработка. Так, у закаленной углеродистой стали л на 10 — 25% ниже, чем у мягкой. По этим причинам коэффициенты теплопроводности торговых образцов металла при одинаковых температурах могут существенно различаться. Следует отметить, что для сплавов, в отличие от чистых металлов, характерно увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры. К сожалению, установить какие — либо общие количественные закономерности, которым подчиняется коэффициент теплопроводности сплавов, пока не удалось.

Величина коэффициента теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов — диэлектриков во много раз меньше, чем у металлов и составляет 0,02 — 3,0 . Для подавляющего большинства из них (исключение составляет магнезитовый кирпич) с ростом температуры коэффициент теплопроводности возрастает. При этом можно пользоваться уравнением (3), имея ввиду, что для твердых тел — диэлектриков в>0.

Многие строительные и теплоизоляционные материалы имеют пористое строение (кирпич, бетон, асбест, шлак и др. ). Для них и порошкообразных материалов коэффициент теплопроводности существенно зависит от объемной плотности. Это обусловлено тем, что с ростом пористости, большая часть объема заполняется воздухом, коэффициент теплопроводности которого очень низок. Вместе с тем, чем выше пористость, тем ниже объемная плотность материала. Таким образом, уменьшение объемной плотности материала, при прочих равных условиях, приводит к уменьшению л.

Например, для асбеста уменьшение объемной плотности с 800 кг/м, до 400 кг/м, приводит к уменьшению с 0,248 до 0,105 . Очень велико влияние влажности. Например, для сухого кирпича л = 0,35, для жидкости 0,6, а для влажного кирпича л=1,0 .

На эти явления надо обращать внимание при определении и технических расчетах теплопроводности. Коэффициент теплопроводности капельных жидкостей лежит в пределах 0,08 — 0,7 . При этом, для подавляющего большинства жидкостей с повышением температуры коэффициент теплопроводности убывает. Исключение составляют вода и глицерин.

Коэффициент теплопроводности газов еще ниже.

Коэффициент теплопроводности газов растет с повышением температуры. В пределах от 20 мм.рт.ст. до 2000 ат (бар), т.е. в области, которая наиболее часто встречается на практике, л от давления не зависит. Следует иметь в виду, что для смеси газов (дымовые газы, атмосфера термических печей и т.п.) расчетным путем определить коэффициент теплопроводности невозможно. Поэтому при отсутствии справочных данных достоверная величина л может быть найдена лишь опытным путем.

При значении л

Для решения задач теплопроводности необходимо располагать сведениями о некоторых макроскопических свойствах (теплофизических параметрах) вещества: коэффициенте теплопроводности, плотности, удельной теплоемкости.

Объяснение теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов очень велика. Она не сводится к теплопроводности решетки, следовательно, здесь должен действовать ещё один механизм передачи тепла. Оказывается, что в чистых металлах теплопроводность осуществляется практически полностью за счет электронного газа, и лишь в сильно загрязненных металлах и сплавах, где проводимость мала, вклад теплопроводности решетки оказывается существенным.

Численную характеристику теплопроводности материала можно определить количеством теплоты, проходящей сквозь материал определённой толщины за определённое время. Численная характеристика важна при расчете теплопроводности различных профильных изделий.

Коэффициенты теплопроводности различных металлов

Для осуществления теплопроводности обязательно требуется непосредственный физический контакт, осуществляемый между двумя телами. Значит, передача тепла осуществима только между твёрдыми телами и неподвижными жидкостями. Непосредственный контакт даёт возможность кинетической энергии перейти от молекул наиболее теплого вещества к наиболее холодному. Обмен тепла происходит при непосредственном прикосновении разных по температуре тел друг к другу.

Здесь следует обратить внимание на то, что молекулы теплого тела не могут проникать в холодное тело. Происходит только передача кинетической энергии, что и даёт равномерное распределение тепла. Такая передача энергии будет продолжаться, пока соприкасающиеся тела не станут равномерно тёплыми. В таком случае достигается тепловое равновесие. На основании этих знаний можно рассчитать, какой утеплительный материал потребуется для устройства теплоизоляции того или другого здания.

Cтраница 3

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

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

Состав, и механические свойства некоторых хромистых чугунов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

– первый по значимости и распространенности конструкционный материал. Известен он с глубокой древности, а свойства его таковы, что когда железо научились выплавлять в значимом количестве, металл вытеснил все остальные сплавы. Наступил век железа и, судя по , время это закончится нескоро. Данная статья расскажет вам, какова удельная плотность железа, какая у него температура плавления в чистом виде.

Железо – типичный металл, причем химически активный. Вещество вступает в реакцию при нормальной температуре, а нагрев или повышение влажности значительно увеличивают его реакционноспособность. Железо корродирует на воздухе, горит в атмосфере чистого кислорода, а в виде мелкой пыли способно воспламениться и на воздухе.

Чистому железу присуща ковкость, однако в таком виде металл встречается очень редко. На деле под железом подразумевают сплав с небольшими долями примесей – до 0,8%, которому присущи мягкость и ковкость чистого вещества. Значение для народного хозяйства имеет сплавы с углеродом – сталь, чугун, нержавеющая сталь.

Железу присущ полиморфизм: выделяют целых 4 модификации, отличающиеся структурой и параметрами решетки:

α-Fe – существует от нуля до +769 С. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку и является ферромагнетиком, то есть, сохраняет намагниченность в отсутствие внешнего магнитного поля. +769 С – точки Кюри для металла;
от +769 до +917 С появляется β-Fe. От α-фазы она отличается лишь параметрами решетки. Практически все физические свойства при этом сохраняются за исключением магнитных: железо становится парамагнетиком, то есть, способность намагничиваться оно утрачивает и втягивается в магнитное поле. Металловедение β-фазу как отдельную модификацию не рассматривает. Поскольку переход не влияет на значимые физические характеристики;
в диапазоне от 917 до 1394 С существует γ-модификация, которой присуща гранецентрированная кубическая решетка;
при температуре выше +1394 С появляется δ-фаза, для которой характерна объемно-центрированная кубическая решетка.

При высоком давлении, а также при легировании металла некоторыми добавками образуется ε- фаза с гексагонической плотноупакованной решеткой.

Температура фазовых переходов заметно изменяется при легировании тем же углеродом. Собственно, сама способность железа образовать столько модификаций служит основой обработки стали в разных температурных режимах. Без таких переходов металл не получил бы столь широкого распространения.

Теперь настал черед свойств металла железа.

О структуре железа рассказывает этот видеосюжет:

Свойства и характеристики металла

Железо – достаточно легкий, умеренно тугоплавкий металл, серебристо-серого цвета. Легко реагирует с разбавленными кислотами и поэтому считается элементом средней активности. На воздухе – сухом, металл постепенно покрывается пленкой оксида, которая препятствует дальнейшей реакции.

Но при самой небольшой влажности вместо пленки появляется ржавчина – рыхлая и неоднородная по составу. Ржавчина дальнейшей коррозии железа не препятствует. Однако физические свойства металла, а, главное, его сплавов с углеродом таковы, что, несмотря на низкую коррозийную стойкость, использование железа более чем оправдано.

Масса и плотность

Молекулярная масса железа составляет 55,8, что указывает на относительную легкость вещества. А какая же у железа плотность? Такой показатель определяется фазовой модификацией:

α-Fe – 7,87 г/куб. см при 20 С, и 7,67 г/куб. см при 600 С;
γ-фаза отличается еще более низкой плотностью – 7,59 г/куб см при 1000С;
плотность δ-фазы составляет 7,409 г/куб см.

С повышением температуры плотность железа закономерно падает.

А теперь давайте узнаем, какова температура плавления железа по Цельсию, сравнивая ее, например, с или чугуном.

Температурный диапазон

Металл относится к умеренно тугоплавким, что означает сравнительно невысокую температуру изменения агрегатного состояния:

температура плавления – 1539 С;
температура кипения – 2862 С;
температура Кюри, то есть, утраты способности к намагничиванию – 719 С.

Стоит иметь в виду, что когда говорят о температуре плавления или кипения, имеют дело с δ-фазой вещества.

Данное видео поведает вам о физических и химических свойствах железа:

Механические характеристики

Железо и его сплавы настолько распространены, что хотя и стали использоваться позже чем, например, и , стали своеобразными эталонами. Когда сравнивают металлы, указывают на железо: крепче, чем сталь, мягче железа в 2 раза и так далее.

Характеристики приводятся для металла, включающего малые доли примесей:

твердость по шкале Мооса – 4–5;
твердость по Бринеллю – 350–450 Мн/кв. м. Причем у химически чистого железа твердость выше – 588–686;

Показатели прочности исключительно сильно зависят от количества и характера примесей. Эта величина регламентируется ГОСТом для каждой марки сплава или чистого метала. Так, предел прочности на сжатие для нелегированной стали составляет 400–550 МПа. При закалке этой марки предел прочности при растяжении увеличивается до 700 МПа.

ударная вязкость металла составляет 300 Мн/кв м;
предел текучести –100 Мн/кв. м.

О том, что надо для определения удельной теплоемкости железа, узнаем далее.

Теплоемкость и теплопроводность

Как и всякий металл, железо проводит тепло, хотя показатели его в этой области невысоки: по теплопроводности металл уступает алюминию – в 2 раза меньше, и – в 5 раз.

Теплопроводность при 25 С составляет 74,04 вт/(м·К). Величина зависит от температуры;

при 100 к теплопроводность составляет 132 [Вт/(м.К)];
при 300 К – 80,3 [Вт/(м.К)];
при 400 – 69,4 [Вт/(м.К)];
а при 1500 – 31,8 [Вт/(м.К)].

Коэффициент температурного расширения при 20 С – 11,7·10-6.
Теплоемкость металла определяется его фазовой структурой и довольно сложно зависит от температуры. С повышением до 250 С, теплоемкость медленно увеличивается, затем резко возрастает до достижения точки Кюри, а потом начинается снижаться.
Удельная теплоемкость в температурном диапазоне от 0 до 1000С составляет 640,57 дж/(кг·К).

Электропроводность

Железо проводит ток, но далеко не так хорошо, как медь и серебро. Удельное электрическое сопротивление металла при нормальных условиях – 9,7·10-8 ом·м.

Поскольку железо является ферромагнетиком, его показатели в этой области более значимы:

магнитная индукция насыщения составляет 2,18 Тл;
магнитная проницаемость – 1,45. 106.

Токсичность

Металл не представляет опасности для человеческого организма.
стали и изготовления изделий из железа могут быть опасными, но только за счет высоких температур и тех добавок, которые используют при производстве различных сплавов. Отходы железа – металлолом, представляют опасность для окружающей среды, но вполне умеренную, поскольку металл ржавеет на воздухе.

Железо не обладает биологической инертностью, поэтому как материал для протезирования не используется. Однако в человеческом организме этот элемент играет одну из важнейших ролей: нарушение в усвоении железа или недостаточное количество последнего в рационе гарантирует в лучшем случае анемию.

Усваивается железо с большим трудом – 5–10% от всего количества, поступаемого в организм, или 10–20%, если наблюдается его недостаток.

Обычная суточная потребность в железе составляет 10 мг для мужчин и 20 мг для женщин.
Токсическая доза – 200 мг/сутки.
Летальная – 7–35 г. Получить такое количество железа практически невозможно, поэтому отравление железом встречается крайне редко.

Железо – металл, чьи физические характеристики, в частности, прочность, можно существенно изменить, прибегая к механической обработке или добавке очень небольшого количества легирующих элементов. Эта особенность в сочетании с доступностью и легкостью добычи металла делает железо самым востребованным конструкционным материалом.

Еще больше о свойствах железа расскажет специалистка в видео ниже:

Исполнение желаний

Любовь и отношения

МЕДЬ и МЕДНЫЙ ПРОКАТ

Марки меди и их химический состав определен в ГОСТ 859-2001. Сокращенная информация о марках меди приведена ниже (указано минимальное содержание меди и предельное содержание только двух примесей – кислорода и фосфора):

Марка	Медь	О₂	P	Способ получения, основные примеси
М00к	99. 98	0.01	–	Медные катоды:продукт электролитического рафинирования, заключительная стадия переработки медной руды.
М0к	99.97	0.015	0.001
М1к	99.95	0.02	0.002
М2к	99.93	0.03	0.002
М00	99.99	0.001	0.0003	Переплавка катодов в вакууме, инертной или восстановительной атмосфере.Уменьшает содержание кислорода.
М0	99.97	0.001	0.002
М1	99.95	0.003	0.002
М00	99.96	0.03	0.0005	Переплавка катодов в обычной атмосфере.Повышенное содержание кислорода. Отсутствие фосфора
М0	99. 93	0.04	–
М1	99.9	0.05	–
М2	99.7	0.07	–	Переплавка лома.Повышенное содержание кислорода, фосфора нет
М3	99.5	0.08	–
М1ф	99.9	–	0.012 – 0.04	Переплавка катодов и лома медис раскислением фосфором.Уменьшает содержание кислорода, но приводит к повышенному содержанию фосфора
М1р	99.9	0.01	0.002 – 0.01
М2р	99.7	0.01	0.005 – 0.06
М3р	99.5	0.01	0.005 – 0.06

Первая группа марок относится к катодной меди, остальные – отражают химический состав различных медных полуфабрикатов (медные слитки, катанка и изделия из неё, прокат).

Специфические особенности меди, присущие разным маркам, определяются не содержанием меди (различия составляют не более 0.5%), а содержанием конкретных примесей (их количество может различаться в 10 – 50 раз). Часто используют классификацию марок меди по содержанию кислорода:

– бескислородная медь (М00 , М0 и М1 ) с содержанием кислорода до 0.001%.

– рафинированная медь (М1ф, М1р, М2р, М3р) с содержанием кислорода до 0.01%, но с повышенным содержанием фосфора.

– медь высокой чистоты (М00, М0, М1) с содержанием кислорода 0.03-0.05%.

– медь общего назначения (М2, М3) с содержанием кислорода до 0.08%.

Примерное соответствие марок меди, выпускаемой по разным стандартам, приведено ниже:

ГОСТ	EN, DIN
М00	Cu-OFE
М0	Cu-PHC, OF-Cu
М1	Cu-OF, Cu-OF1
М1	Cu-ETP, Cu-ETP1,Cu-FRTP, Cu-FRHC, SE-Cu, E-Cu, E Cu57, E Cu58
М1ф	Cu-DHP, SF-Cu
М1р	Cu-DLP, SW-Cu

Разные марки меди имеют различное применение, а отличия в условиях их производства определяют существенные различия в цене.

Для производства кабельно-проводниковой продукции катоды переплавляют по технологии, которая исключает насыщение меди кислородом при изготовлении продукции. Поэтому медь в таких изделиях соответствует маркам М00, М0 , М1 .

Требованиям большинства технических задач удовлетворяют относительно дешевые марки М2 и М3. Это определяет массовое производство основных видов медного проката из М2 и М3.

Прокат из марок М1, М1ф, М1р, М2р, М3р производится в основном для конкретных потребителей и стоит намного дороже.

Физические свойства меди

Главное свойство меди, которое определяет её преимущественное использование – очень высокая электропроводность (или низкое удельное электросопротивление). Такие примеси как фосфор, железо, мышьяк, сурьма, олово, существенно ухудшают её электропроводность. На величину электропроводности существенное влияние оказывает способ получения полуфабриката и его механическое состояние. Это иллюстрируется приведенной ниже таблицей:

Удельное электрическое сопротивление меди для различных полуфабрикатов разных марок (гарантированные значения) при 20^оС.

*мкОмм**	Марка	Вид и состояние полуфабриката	ГОСТ, ТУ
0.01707	М00	Слитки (непрерывное вертикальное литье)
0.01707	М00	Катанка кл.А ( кислород: 0.02-0.035%)	193-79
0.01718	М0	Катанка кл.В (кислород: 0.045%)	ТУ 1844 01003292517-2004
0.01724	М1	Катанка кл.С (кислород: 0.05%)
	М1	Слитки (горизонтальное литье)	193-79
	М1	Слитки (горизонтальное литье)	193-79
0.01748	М1	Ленты	1173-2006
0.01748	М1	Прутки отожженные	1535-2006
0.01790	М1	Прутки полутвердые, твердые, прессованные	1535-2006

Различия в сопротивлении катанки марок М00, М0 и М1, обусловлены разным количеством примесей и составляют около 1%. В то же время различия в сопротивлении, обусловленные разным механическим состоянием, достигают 2 – 3%. Удельное сопротивление изделий из меди марки М2 примерно 0.020 мкОм*м.

Второе важнейшее свойство меди – очень высокая теплопроводность.

Примеси и легирующие добавки уменьшают электро- и теплопроводность меди, поэтому сплавы на медной основе значительно уступают меди по этим показателям. Значения параметров основных физических свойств меди в сравнении с другими металлами приведены в таблице (данные приведены в двух разных системах единиц измерения):

Показатели	Единица измерения	Медь	Алю- миний	Латунь Л63, ЛС	Бронза БрАЖ	Сталь 12Х18Н10
Удельное элетросопротивление,	мкОм_*м	0.0172 – 0.0179	0.027- 0.030	0.065	0.123	0.725
Теплопроводность,	кал/см_с_град	0. 93	0.52	0.25	0.14	0.035
Теплопроводность,	Вт/м_*град	386 – 390	217	106	59	15

По электро – и теплопроводности медь незначительно уступает только серебру.

Влияние примесей и особенности свойств меди различных марок

Отличия в свойствах меди разных марок связаны с влиянием примесей на базовые свойства меди. О влиянии примесей на физические свойства (тепло- и электропроводность) говорилось выше. Рассмотрим их влияние на другие группы свойств.

Влияние на механические свойства.

Железо, кислород, висмут, свинец, сурьма ухудшают пластичность. Примеси, малорастворимые в меди (свинец, висмут, кислород, сера), приводят к хрупкости при высоких температурах.

Температура рекристаллизации меди для разных марок составляет 150- 240^оС. Чем больше примесей, тем выше эта температура. Существенное увеличение температуры рекристаллизации меди дает серебро, цирконий. Например введение 0.05% Ag увеличивает температуру рекристаллизации вдвое, что проявляется в увеличении температуры размягчения и уменьшении ползучести при высоких температурах, причем без потери тепло- и электропроводности.

Влияние на технологические свойства.

К технологическим свойствам относятся:

1) способность к обработке давлением при низких и высоких температурах,

2) Паяемость и свариваемость изделий.

Примеси, особенно легкоплавкие, формируют зоны хрупкости при высоких температурах, что затрудняет горячую обработку давлением. Однако уровень примесей в марках М1 и М2 обеспечивают необходимую технологическую пластичность.

При холодном деформировании влияние примесей заметно проявляется при производстве проволоки. При одинаковом пределе прочности на разрыв ( ?_в=16 кгс/мм² ) катанки из марок М00, М0 и М1 имеют разное относительное удлинение ? (38%, 35% и 30% соответственно). Поэтому катанка класса А (ей соответствует марка М00) более технологична при производстве проволоки, особенно малых диаметров. Использование бескислородной меди для производства проводников тока обусловлено не столько величиной электропроводности, сколько технологическим фактором.

Процессы сварки и пайки существенно затрудняются при увеличении содержания кислорода, а также свинца и висмута.

Влияние кислорода и водорода на эксплуатационные свойства.

При обычных условиях эксплуатационные свойства меди (прежде всего долговечность эксплуатации) практически одинаковы для разных марок. В то же время при высоких температурах может проявиться вредное влияние кислорода, содержащегося в меди. Эта возможность обычно реализуется при нагреве меди в среде, содержащей водород.

Кислород изначально содержится в меди марок М0, М1, М2, М3. Кроме этого, если бескислородную медь отжечь на воздухе при высоких температурах, то вследствие диффузии кислорода поверхностный слой изделия станет кислородсодержащим. Кислород в меди присутствует в виде закиси меди, которая локализуется по границам зерен.

Кроме кислорода в меди может присутствовать водород. Водород попадает в медь в процессе электролиза или при отжиге в атмосфере, содержащей водяной пар. Водяной пар всегда присутствует в воздухе. При высокой температуре он разлагается с образованием водорода, который легко диффундирует в медь.

В бескислородной меди атомы водорода располагаются в междоузлиях кристаллической решетки и особо не сказываются на свойствах металла.

В кислородсодержащей меди при высоких температурах водород взаимодействует с закисью меди. При этом в толще меди образуется водяной пар высокого давления, что приводит к вздутиям, разрывам и трещинам. Это явление известно как «водородная болезнь» или «водородное охрупчивание». Оно проявляется при эксплуатации медного изделия при температурах свыше 200^оС в атмосфере, содержащей водород или водяной пар.

Степень охрупчивания тем сильнее, чем больше содержание кислорода в меди и выше температура эксплуатации. При 200^оС срок службы составляет 1.5 года, при 400^оС – 70 часов.

Особенно сильно оно проявляется в изделиях малой толщины (трубки, ленты).

При нагреве в вакууме изначально содержащийся в меди водород взаимодействует с закисью меди и также ведет к охрупчиванию изделия и ухудшению вакуума. Поэтому изделия, которые эксплуатируются при высокой температуре, производятся из бескислородных (рафинированных) марок меди М1р, М2р, М3р.

Механические свойства медного проката

Большая часть медного проката, поступающего в свободную продажу, производится из марки М2. Прокат из марки М1 производится в основном под заказ, кроме того он примерно на 20% дороже.

Холоднодеформированный прокат – это тянутые (прутки, проволока, трубы) и холоднокатаные (листы, лента, фольга) изделия. Он выпускается в твердом, полутвердом и мягком (отожженном) состояниях. Такой прокат маркируется буквой «Д», а состояния поставки буквами Т, П или М.

Горячедеформированный прокат – результат прессования (прутки, трубы) или горячей прокатки (листы, плиты) при температурах выше температуры рекристаллизации. Такой прокат маркируется буквой «Г». По механическим свойствам горячедеформированный прокат близок (но не идентичен) к холоднодеформированному прокату в мягком состоянии.

Параметры при комнатной темп.	М	Т
Модуль упругости E, кгс/мм²	11000	13000
Модуль сдвига G, кгс/мм²	4000	4900
Предел текучести ?*_0.2* , кгс/мм²	5 – 10	25 – 34
Предел прочности ?_в , кгс/мм²	19 – 27	31 – 42
Относ. удлинение ?	40 – 52	2 – 11
Твердость НВ	40 – 45	70 – 110
Сопротивление срезу, кгс/мм²	10 – 15	18 – 21
Ударная вязкость,	16 – 18
Обрабатываем. резанием, % к Л63-3		18
Предел усталости ?_-1при 100 млн циклов	7	12

Высокий предел прочности на сжатие (55 – 65 кгс/мм²) в сочетании с высокой пластичностью определяет широкое использование меди в качестве прокладок в уплотнениях неподвижных соединений с температурой эксплуатации до 250^оС (давление 35 Кгс\см² для пара и 100 Кгс\см² для воды).

Медь широко используется в технике низких температур, вплоть до гелиевых. При низких температурах она сохраняет показатели прочности, пластичности и вязкости, характерные для комнатной температуры. Наиболее часто используемое свойство меди в криогенной технике – её высокая теплопроводность. При криогенных температурах теплопроводность марок М1 и М2 становится существенной, поэтому в криогенной технике применение марки М1 становится принципиальным.

Медные прутки выпускаются прессованными (20 – 180 мм) и холоднодеформированными, в твердом, полутвердом и мягком состояниях (диаметр 3 – 50 мм) по ГОСТ 1535-2006.

Плоский медный прокат общего назначения выпускается в виде фольги, ленты, листов и плит по ГОСТ 1173-2006:

Фольга медная – холоднокатаная: 0.05 – 0.1 мм (выпускается только в твердом состоянии)

Ленты медные – холоднокатаные: 0.1 – 6 мм.

Листы медные – холоднокатаные: 0.2 – 12 мм

– горячекатаные: 3 – 25 мм (механич. свойства регламентируются до 12 мм)

Плиты медные – горячекатаные: свыше 25 мм (механические свойства не регламентируются)

Горячекатаные и мягкие холоднокатаные медные листы и ленты выдерживают испытание на изгиб вокруг оправки диаметром равным толщине листа. При толщине до 5 мм они выдерживают изгиб до соприкосновения сторон, а при толщине 6 – 12 мм – до параллельности сторон. Холоднокатанные полутвердые листы и ленты выдерживают испытание на изгиб на 90 град.

Таким образом допустимый радиус изгиба медных листов и лент равен толщине листа (ленты).

Глубина выдавливания лент и листов пуансоном радиусом 10 мм составляет не менее 7 мм для листов толщиной 0.1-0.14 мм и не менее 10 мм для листов толщиной 1-1.5 мм. По этому показателю (выдавливаемость) медь уступает латуням Л63 и Л68.

Медные трубы общего назначения изготавливаются холоднодеформированными (в мягком, полутвердом и твердом состояниях) и прессованными (больших сечений) по ГОСТ 617-2006.

Медные трубы используются не только для технологических жидкостей, но и для питьевой воды. Медь инертна по отношению к хлору и озону, которые используются для очистки воды, ингибирует рост бактерий, при замерзании воды медные трубы деформируются без разрыва. Медные трубы для воды производятся по ГОСТ Р 52318-2005, для них ограничено содержание органических веществ на внутренней поверхности. Минимальные радиусы изгиба и допустимые давления для мягких медных труб приведены ниже:

Размер трубы, мм	Допустимое давление, бар	Радиус изгиба, мм	Размер трубы	Допустимое давление, бар
Размер трубы, мм	Допустимое давление, бар	Радиус изгиба, мм	Дюймы (мм)	Допустимое давление, бар
6*1	230	30	1/4” (6.35*0.8)	220
8*1	163	35	–	–
10*1	130	40	3/8” (9.52*0.8)	120
12*1	105	45	1/2” (12.7*0.8)	100
14*1	90	52	–	–
16*1	80	60	5/8” (15, 87*1)	80
18*1	67	70	3/4” (19,05*1)	67
20*1	60	75	–	–
22*1	54	80	7/8” (22. 22*1)	54

Коррозионные свойства меди.

При нормальных температурах медь устойчива в следующих средах:

– сухой воздух

– пресная вода (аммиак, сероводород, хлориды, кислоты ускоряют коррозию)

– в морской воде при небольших скоростях движения воды

– в неокислительных кислотах и растворах солей (в отсутствии кислорода)

– щелочные растворы (кроме аммиака и солей аммония)

– сухие газы-галогены

– органические кислоты, спирты, фенольные смолы

Медь неустойчива в следующих средах:

– аммиак, хлористый аммоний

– окислительные минеральные кислоты и растворы кислых солей

Коррозионные свойства меди в некоторых средах заметно ухудшаются с увеличением количества примесей.

Контактная коррозия.

Допускается контакт меди с медными сплавами, свинцом, оловом во влажной атмосфере, пресной и морской воде. В то же время не допускается контакт с алюминием, цинком вследствие их быстрого разрушения.

Свариваемость меди

Высокая тепло- и электропроводность меди затрудняют её электросварку (точечную и роликовую). Особенно это касается массивных изделий. Тонкие детали можно сварить вольфрамовыми электродами. Детали толщиной более 2-х мм можно сваривать нейтральным ацетилено-кислородным пламенем. Надежный способ соединения медных изделий – пайка мягкими и твердыми припоями.

Медные сплавы

Техническая медь имеет низкую прочность и износоустойчивость, плохие литейные и антифрикционные свойства. Этих недостатков лишены сплавы на медной основе – латуни и бронзы. Правда эти улучшения достигаются за счет ухудшения тепло- и электропроводности.

Имеются особые случаи, когда нужно сохранить высокую электро- или теплопроводность меди, но придать ей жаропрочность или износоустойчивость.

При нагревании меди выше температуры рекристаллизации происходит резкое снижение предела текучести и твердости. Это затрудняет использование меди в электродах для контактной сварки. Поэтому, для этой цели используют специальные медные сплавы с хромом, цирконием, никелем, кадмием (БрХ, БрХЦр, БрКН, БрКд). Электродные сплавы сохраняют относительно высокую твердость и удовлетворительную электро- и теплопроводность при температурах сварочного процесса (порядка 600 С ).

Жаропрочность достигается также легированием серебром. Такие сплавы (МС) имеют меньшую ползучесть при неизменной электро- и теплопроводности.

Для использования в подвижных контактах (коллекторные пластины, контактный провод) применяют медь с небольшим уровнем легирования магнием или кадмием БрКд, БрМг. Они имеют повышенную износоустойчивость при высокой электропроводности.

Для кристаллизаторов используют медь с добавками железа или олова. Такие сплавы имеют высокую теплопроводность при повышенной износоустойчивости.

Низколегированные марки меди по сути являются бронзами, но часто их относят к группе медного проката с соответствующей маркировкой (МС, МК, МЖ).

Рекомендуем

Комментарии

IP65 степень герметичности оборудования

IP-рейтинг (Ingress Protection Rating, входная защита) — система классификации степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твёрдых предметов и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96).

К примеру, радиоуправление для крана F21-E1B имеет класс герметизации IP-65. Первая цифра означ…

Перевод крана на управление с пола

Перевод крана на управление с пола.

При осуществлении перевода мостовых или козловых кранов, на дистанционное управление с пола могут быть применены кабельные пульты управления либо беспородные пульты управления грузоподъемными кранами. Полный перечень операций и систем контроля крановой кабины, должны соответствовать функционалу пульта, согласно РД 24. 09…

Троллейный шинопровод HFP

Троллейный шинопровод HFP

Описание
— Контактно – защищенный троллейный шинопровод HFP H предназначен для внутренней и внешней установки.
— Шинопроводы состоят из жесткого ПВХ корпуса и медных токопроводящих жил. Конструкция корпуса шинопровода и токосъемника исключают возможность перепутывания фаз.
— Токосъемники выполнены в виде скользящей, холо…

Презентация завода Uting Telecontrol

Презентация завода Uting Telecontrol

Видео презентация завода радиотехнических изделий Uting Telecontrol.

Один из крупнейших производителей промышленного радиоуправления, пультов для кранов и прочих грузоподъемных механизмов.

https://www.youtube.com/watch?v=hQiPE9z7E6Y…

Расчет тока электродвигателя

Расчет тока электродвигателя

Расчет номинального тока трехфазного асинхронного электродвигателя

Для корректного выбора системы электрификации подъемно – транспортного механизма будь то троллейный шинопровод или кабельный подвод, необходимо знать номинальный ток электрической установки.

Ниже приведена форма расчета трехфазного асинхронного электродви…

Комментарии закрыты.

Тут точит червяк сомнения. Теплопроводность меди 394 Вт/(м*к) а у припоя ПОС-61 всего 5. Разница, на минуточку, в 80 раз! Кстати сопротивление в 10 раз хуже. Это к сведению любителей наваливать горку припоя чтобы якобы увеличить допустимый ток в

Codavr (03.02.2019 17:27 — 17:36, просмотров: 274) ответил MBedder на Вот именно для этого я и делаю здоровенные дырявые пады без thermal reliefs посередине power pad’ов (на картинках — TQFP144 и QFN32 справа на плате) — в них можно тупо паяльником лезть, если припрет —>

Тут точит червяк сомнения. Теплопроводность меди 394 Вт/(м*к) а у припоя ПОС-61 всего 5. Разница, на минуточку, в 80 раз! Кстати сопротивление в 10 раз хуже. Это к сведению любителей наваливать горку припоя чтобы якобы увеличить допустимый ток в проводнике.

Долой империалистический интернационал!

Ответить

- Угу. .. Площадь ~~Ленина~~медного проводника шириной 3мм и толщиной 70мкм, 0.21мм². Площадь 3мм с 1мм»горкой» припоя, соотв, 3мм². Отношение площадей,14+ раз. Каг минимум, сопротивление падает вдвое. А учесть, что можно mse homjak(45 знак., 03.02.2019 18:11 — 18:13)
  - Недавно заглянул на сайт Электроконнекта, ранее там и 105 микрон сложно было заказать, теперь и потолще фольгу могут. Да, зазоры поболее нужны чем для слоев 17 или 35 мкМ. — Visitor(05.02.2019 19:11)
  - А то что отвод тепла от меди ухудшил учел? — Codavr(03.02.2019 20:29)
    - Моща упала в 2 раза. Значит, улучшил. — mse homjak(04.02.2019 00:22)
      - Если теплоотвод от меди упал в 2.1 раза значит ухудшил. — Codavr(04.02.2019 09:34)
        25А источник питания, горела маска над полигоном на макс токе. На серийном провели несколько 1,5мм линий под заливку припоем. Гореть перестало. Чо мы сделали не так? — mse homjak(04.02.2019 13:26)
        Вскрыли маску? Точка опоры(174 знак., 05.02.2019 10:41)
        В мощных БП припой помогает снизить сопротивление дорожек на ПП, в результате чего уменьшаются потери (мощность) и понижается температура «нагревателя» — медного полигона. — De_User(05.02.2019 18:36)
        TI Reference Design суровый есть, обратимый преобразователь 12 <-> 48 V мощностью более 1 кВт. Сверху полигоны платы медными шинами дублируются. Такие поделия в наших условиях денег не гуманных стоить будут. — Visitor(05.02.2019 19:04)
        За очень гуманные деньги миллиметрововый лист меди мне гидроабразивом порезали по заданному мной чертежу. — Codavr(06.02.2019 08:37, ссылка)
        Вот провод совсем другой коленкор. Тут я целиком и полностью за. Как-то медные шины сечением 1×10 мм вдоль печатных проводников пускал (печатный проводник 70 мм шириной), и контакт с печатным проводником такого же сечения. — Codavr(05.02.2019 11:36)
        Что вы сделали не так не могу сказать. Слишком мало данных. И еще раз повторю, ну не верю я на слово не подтвержденное цифирью. Ты же вот умудрился как-то навалить прямоугольную горку припоя (ширина 3 мм, высота 1мм, сечение 3 кв мм), чтобы Codavr(194 знак. , 05.02.2019 03:50 — 04:12)
    - Отвод тепла от меди куда ухудшен? Скорее это надо рассматривать как установку радиатора, т.е. увеличение площади поверхности и, следовательно, увеличение отвода тепла. — AlexBi_(03.02.2019 21:14, )
      - Обычно платы охлаждаются воздухом критическое значение перегрев поверхности контакта медь-текстолит. Площадь поверхности несколько увеличивается, согласен, но медь оказывается отделена от воздука слоем припоя, который и сам греется нипадецки в Codavr(199 знак., 03.02.2019 21:52 — 21:54)
        Припой медь от воздуха не отделяет, ты же не считаешь, что установка радиатора на транзистор ухудшает теплоотвод из-за отделения транзситора от воздуха радиатором. AlexBi(551 знак. , 05.02.2019 11:33)
        R_{медь-воздух} = 1.5*R_{олово-воздух}. Но мы имеем до кучи R_олово. Что больше 0.5*R_{олово-воздух} или R_олово лично для меня не очевидно. Убеди меня. — Codavr(05.02.2019 11:58 — 12:06)
        Теплопроводность воздуха в тыщу раз хуже, чем у олова. Почему Rмедь-воздух = 1.5*Rолово-воздух? В данном случае передача тепла определяется теплопроводностью воздуха. — AlexBi(05.02.2019 16:19)
        Во первых не теплопроводностью, а конвекцией в первую голову, во вторых чота мне лень пересказывать учебник общей физики за 1 курс. — Codavr(05.02.2019 16:36)
        Конвекция есть не везде. Но пусть будет конвекция. Как количество тепла, отбираемое воздухом, зависит от материала «радиатора», при условии, что отбор тепла не создает значительного градиента температуры в «радиаторе»? — AlexBi(05.02.2019 17:41)
        Теплоотвод с поверхности при прочих равных пропорционален площади поверхности, это я отразил коэффициентом 1.5. Если ты умеешь навалить гору много больше, поставь свою цифру. Добавил тепловое сопротивление припоя которое должно преодолеть тепло Codavr(245 знак., 05.02.2019 17:52 — 18:07)
        Значит нам осталось сравнить Rмедь-олово и Rмедь-воздух. Не готов привести каких-то расчетов, но практический опыт тыканья паяльником в олово показывает, что плавится только то, в которое ткнули, причем плавится на несколько мм легко. А AlexBi(300 знак., 05.02.2019 19:04)
        Собственно я и не утверждаю ничего. Только сомнениями поделился и они имеют основания. Нужно моделировать, да все руки не доходят. — Codavr(06.02.2019 08:43)
        20 лет назад моделировал в фемлабе водяной радиатор для процессора. Так вот там есть оптимальная толщина платформы. Если ее сделать толще, то ухудшается теплопередача поперек ее, а если тоньше то вдоль. Для ребристых радиаторов и для воздуха Codavr(438 знак., 05.02.2019 11:45 — 11:52)
        Ваши наблюдения и расчёты справедливы для принудительного охлаждения с большим потоком. Особенно для жидкостного. Для конвекционного охлаждения эти толщины должны быть больше. Nikolay_Po(82 знак., 05.02.2019 16:25)
        Была сделана оценка для вентилятора 90мм и оребрением с шагом 3 мм. Более мелкий у меня не было технологической возможности. Да и такой было не просто. — Codavr(05.02.2019 16:39)
- Привычка — вторая натура. Теплопроводность SnPb(63/37) (типа ПОС-63?) составляет 50W/mK. Мало, конечно, но не 5. — ВВ(03.02.2019 18:05 — 18:07, ссылка)
  - Я сам офигел от такой цифры, Может порядок при переводе потерял,патамушта пользовался вот этой таблицей. Codavr(65 знак., 03.02.2019 20:41)
- Этой дыркой я практически ничего не ухудшил, благо большой чип жрет меньше ватта, а маленький раз в 5 меньше. Для суровых мощных чипов — да, надо много думать и читать пейджер — MBedder(03.02.2019 17:48)

Теплопроводные и жаропрочные сплавы меди — Мегаобучалка

Главная особенность меди — ее высокие электро- и теплопроводность, значения которых совсем немного уступают серебру. Высокая теплопроводность меди коренным образом меняет подход к разработке жаропрочных медных сплавов.

Медь и ее сплавы значительно более легкоплавки, чем железо или никель, и поэтому в жаропрочности при одинаковых температурах сильно уступают жаропрочным аустенитным сталям, не говоря уже о жаропрочных никелевых сплавах. Однако существует много примеров конструкций теплообменных устройств, которые были созданы и существуют благодаря теплопроводности жаропрочных медных сплавов. Например, к ним относятся кристаллизаторы непрерывного литья сплавов и сталей, кристаллизаторы гарнисажной плавки титановых сплавов, кристаллизаторы электрошлакового переплава, разнообразные конструкции электродов точечной и роликовой контактной сварки и даже камеры сгорания жидкостных реактивных двигателей. Все эти и многие другие подобные конструкции имеют общую особенность: высокотемпературный реакционный процесс протекает в объеме, ограниченном со всех сторон медной оболочкой, которая снаружи омывается тем или иным охладителем, чаще всего водой. В этих условиях температура медной оболочки составляет для разных конструкций 300—600 °С. Но если эту медную оболочку заменить на жаропрочную аустенитную сталь или жаропрочный никелевый сплав, то из-за низкой их теплопроводности температура оболочки повысится до 900—1000 °С. Естественно, что характеристики жаропрочности медных сплавов при 500 °С более чем в 2 раза превосходят те же характеристики сталей или никелевых сплавов при 1000 °С.

Принципы создания жаропрочных теплопроводных сплавов меди впервые сформулировал М.В.Захаров. В их основе лежит необходимость сочетания упрочняющего легирования с сохранением или минимальным снижением уровня теплопроводности. Поэтому исключается использование сложнолегированного твердого раствора, который является одним из важных факторов создания жаропрочных сплавов по А.А. Бочвару. Предпочтительными являются дисперсионно-твердеющие сплавы, так как при старении повышаются прочностные свойства и обедняется легирующими компонентами твердый раствор, поэтому растет теплопроводность. Следует выбирать такое количество добавок, чтобы при старении из твердого раствора полностью выделялись все растворенные элементы. При этом упрочняющие фазы не должны содержать в своем составе атомов меди, чтобы уменьшить диффузионную подвижность и затруднить их растворение при повышенных температурах. Это означает, что предпочтительно выбирать составы сплавов, лежащие на квазибинарных разрезах. Выбирать добавки для легирования следует те, которые повышают температуру начала рекристаллизации и меньше других снижают электро- и теплопроводность.

Следует отметить, что из-за сложности экспериментального измерения теплопроводности сплавов обычнр ее оценивают по величине сравнительно легко измеряемой электропроводности, опираясь на закон Видемана—Франца:

λ/χ = Аπ²к²Т/3е², (18.2)

где λ — теплопроводность; χ— электропроводность; А — константа, зависящая от материала;к — константа Больцмана; е — заряд электрона. Из этого закона следует, что при данной температуре с достаточной для практики точностью отношение величины теплопроводности к величине электропроводности постоянно.

Под влиянием разных добавок на электропроводность меди основные легирующие элементы можно разделить на три группы. Первая группа — это элементы (Ag, Cd, Са, Zn, Zr, Mg, Ni, Sn), при содержании которых до 0,5 % электропроводность остается выше 70 % от Сu марки Ml. Вторая группа — это добавки (Mn, Al, Be), при содержании которых до 0,5% электропроводность находится между 70 и 50 % от Ml. Третья группа — добавки (Со, Fe, Si, Ti, Р, As) в количестве до 0,2 %, которые снижают электропроводность меди ниже 50 % от Ml. Здесь везде элементы перечисляются в порядке понижения электропроводности. Однако это не значит, что очень сильно снижающие электропроводность элементы, например железо и фосфор, неприменимы для легирования. При совместном их введении, если образуются переменно-растворимые в меди фосфиды железа, такие сплавы оказываются и высоко электропроводными, и жаропрочными. Особенно эффективно легирование двумя добавками, если трехкомпонентные сплавы оказываются на квазибинарном разрезе (рис. 18.12). В этом случае электропроводность при совместном введении компонентов заметно выше, чем если их вводить порознь, и характеристики прочности и жаропрочности у сплавов такого разреза после закалки и старения оказываются наибольшими. Если же квазибинарный разрез для выбранных компонентов не существует, то совместное легирование ими меди эффективно в том случае, когда добавки снижают растворимость один другого в меди и при этом переменно растворяются с изменением температуры. Примером такого случая является система Сu—Cr—Zr, послужившая основой ряда сплавов с ценным комплексом свойств (табл. 18.6).

Теплопроводные сплавы меди, работающие при повышенных температурах, можно разделить на две группы: сплавы, упрочняемые наклепом, и дисперсионно-твердеющие (см. табл. 18.6). В первую группу входят давно используемые серебряная и кадмиевая бронзы, у которых благодаря их легирующим элементам температура начала рекристаллизации повышена до 350 °С, тогда как у меди она ~ 200 °С. Серебряная бронза, несмотря на легирование драгоценным и дефицитным металлом, нашла широкое применение в конструкциях различных теплообменников, в особенности для кристаллизаторов непрерывной разливки стали. Кадмиевая бронза, несмотря на токсичность паров кадмия при плавке, применяется для изготовления троллейного провода всех видов электрифицированного транспорта, так как обладает сочетанием хорошей тепло- и электропроводности с высокой прочностью при способности к искрогашению и повышенной износостойкости. Применяются эти сплавы и для электродов контактной сварки легких сплавов.

Однако эти сплавы в последнее время вытесняются сравнительно новой группой сплавов, которые называют микролегированными, к ним относятся сплавы БрМгЦр, М1Ф и МЗРЖ (см. табл. 18.6).

Хотя температура начала рекристаллизации не является физической константой, после деформации 50-70 % и отжига в течение 2 ч ее значения стабилизируются, рассматриваются как порог рекристаллизации и часто служат характеристикой способности материалов сохранять стабильность структуры и свойств при нагреве. Известно, что многие добавки повышают температуру начала рекристаллизации меди, в особенности такие переходные металлы, как Hf, Zr, Ti, Сr. Однако оказалось, что температура начала рекристаллизации при легировании меди быстро возрастает при увеличении концентраций добавки от тысячных долей до одной-двух сотых процента, а при дальнейшем увеличении легированности возрастает несущественно. Но ведь при введении 0,01-0,03 % добавки электро- и теплопроводность меди понижается совсем немного. Это и послужило основой разработки микролегированных сплавов, упрочненных наклепом, имеющих высокую электро- и теплопроводность и повышенную температуру начала рекристаллизации.

Марка сплава	Химический состав, %	ρ, mkOM·M / χ, % от Ml	Температура начала рекристаллизации, С	Состояние, в котором определены механические свойства	Твердость	σ_в МПа	δ, %

сплавы, упрочняемые наклепом
БрСр0,1	0,08-0,12 Ag	0,0185/93		40 % хол. деф.	115HV
БрКд1	0,9-1,2 Cd	0,0228 / 76		40 % хол.деф.	125HV
БрМгЦр	0,005-0,03 Mg » 0,01-0,03 Zr	-/95		25 % хол.деф.	-
М1Ф	0,02-0,04 P	0,020 / 84		40 % хол.деф.	100НВ
дисперсионно — твердеющие сплавы
МЗРЖ	0,05-0,1 Sn, 0,02-0,09 Fe 0,01-0,07 P	-/85		50 % деф. при 550 °С, совмещ. со старением	160НВ
БрХ	0,4-1,0 Cr	0,021/85		Зак. 1000 «С, стар. 500 °С, НТМО	135HV 150HV	410 520	22 10
БрХЦр-0,8-	0,4-1,0 Cr,	0,0204/		Зак. 1000 °С, стар. 500 °С,	120HV
0,1	0,03-0,08 Zr	80-85	НТМО	148HV
БрХЦрК-0,2- 0,2-0,07	0,15-0,25 Cr, 0,15-0,25 Zr,	0,0195/86-90		Зак. 100 °С, стар.500 «С,
0,03-0,1 Ca			НТМО
БрКоБ-2,5- 0,5	2,3-2,7 Co 0,4-0,7 Be	0,0346/50		Зак. 950 °С, стар. 500 °С	230 HV
БрНБТ-1,5-	1,4-1,6 Ni,	0,0325/55		Зак. 980 °С,	250 HV
0,3-0,15	0,2-0,4 Be, 0,05-0,15 Ti			стар. 500 °С
БрКоХК-1,6- 0,45-0,6	1,3-1,8 Co, 0,3-0,6 Si,	0,0335/52		Зак.950 «С, стар. 500 С	240 HV
0,4-0,8 Cr
БрНХК-2,5-	2-2,8 Ni,	0,0376/46		Зак. 950 °С,	240 HV
0.7-0,7	0,4-1,0 Cr, 0,5-0,9 Si			стар.500 °С

Бронза БрМгЦр (см. табл. 18.6) при одинаковой степени наклепа немного превосходит по свойствам серебряную бронзу. Она находит применение для изготовления обмоток мощных трансформаторов с прямоугольным сечением провода, у которых при пиковых режимах возможен заброс температуры выше 300 °С. Магний улучшает технологичность при введении циркония в расплав (меньше угар Zr, кроме того, Mg — раскислитель), и совместно они лучше влияют на температуру порога рекристаллизации. Этот сплав также применяется в электронике.

Сплав Сu — (0,05 %-0,1 %), Sn — (0,02-0,09 %), Fe — (0,01-0,07 %), Р (МЗРЖ) предложен для использования взамен серебряной бронзы при изготовлении кристаллизаторов непрерывного литья стали. Его температура разупрочнения ~ 500 °С, Sn — упрочнитель твердого раствора, при старении выделяется Fe₃P — этот сплав дисперсионно-твердеющий. После теплой деформации при 500—600 °С с ε = 30—60 %, совмещенной со старением, свойства сплава в 2—3 раза превышают свойства меди марок М1Р иМ2Р.

Сплав М1Ф (0,02—0,04 % Р) после деформации на 20—40 % по основным свойствам (кроме электропроводности и теплопроводности) близок к медно-серебряной бронзе, пригоден для изготовления троллейных проводов взамен кадмиевой бронзы. Разупрочнение сплава происходит при температуре выше 375 °С, а электропроводность при 20 °С составляет 45—52 мСм/м, теплопроводность — 320—370 Вт/(м-К), т. е., 78—89 % от стандартной меди.

Остальные жаропрочные тепло- и электропроводные сплавы можно разделить на сплавы повышенной теплопроводности и сплавы средней теплопроводности. К первой группе относятся, в частности, хромовая бронза и хромоциркониевые сплавы, которые применяют в коллекторах высокоскоростных электрических машин, теплообменниках, в электродах контактных сварочных машин (сварка легких сплавов и углеродистых сталей в тонких листах).

Хромовая бронза БрХ (см. табл. 18.6) является термически упрочняемым сплавом. По составу она близка к точке предельной растворимости хрома в меди при эвтектической температуре. Бронзу БрХ закаливают с 1000 °С в воде и подвергают старению при 450 °С 4 ч. При старении из пересыщенного твердого раствора выделяются дисперсные частицы хрома, упрочняющие сплав. Высокая точка плавления (температура эвтектики 1072 °С) обусловливает повышенную жаропрочность, а очень низкое содержание хрома в α-растворе после старения обеспечивает высокую электро- и теплопроводность. Бронзу БрХ используют для производства электродов сварочных машин. Введение в хромовую бронзу циркония, например БрХЦрК и др., позволило снизить легированность сплавов. При этом повысилась их температура начала рекристаллизации, тепло- и электропроводность, жаропрочность, по-видимому, из-за совместного снижения растворимости. Все эти сплавы дисперсионно-твердеющие, но использование НТМО этих сплавов для электродов контактной сварки вредно, так как наклепанные после закалки электроды при кратковременном превышении температуры начала рекристаллизации во время эксплуатации разупрочняются и теряют работоспособность из-за увеличения диаметра сварочной точки.

Следует отметить, что у хромовых бронз, как и у других дисперсионно-твердеющих медных сплавов, в области температур 300—600 °С имеется провал пластичности. Уровень относительного сужения в минимуме этого провала (450—500 °С) меняется от ~ 1 ло 20 % в зависимости от степени пересыщенности твердого раствора перед испытаниями: наименьшие значения соответствуют закаленному с 980 °С состоянию, промежуточные — после охлаждения на воздухе, а наибольшие — после охлаждения с печью. Провал пластичности этих сплавов связан с распадом раствора в этих сплавах, его прерывистым характером при растяжении и морфологическими особенностями на границах зерен, так как разрушение при этом начинается с границ. Присутствие циркония в хромоциркониевых бронзах благотворно влияет на провал пластичности этих бронз: в присутствии циркония заметно возрастает пластичность, а после охлаждения с печью и на воздухе провал пластичности отсутствует. По-видимому, цирконий препятствует негомогенному (прерывистому) распаду раствора на границах зерен.

Остальные сплавы (см. табл. 18.6) имеют среднюю тепло- и электропроводность ( — 50 % от Сu марки Ml) и повышенные механические свойства, что необходимо для сварки прочных, малотеплопроводных высоколегированных и коррозионно-стойких сталей и сплавов. Сплав БрНБТ упрочняется при старении фазовой NiBe и имеет оптимальные характеристики, но из-за токсичности бериллия и его высокой цены вытесняется сплавами БрКоХК и БрНХК для сварки тех же материалов. В последних двух бронзах при старении выделяется из раствора по два упрочнителя — это Co₂Si или Ni₂Si и хромовая фаза. Использование такого комплексного легирования позволяет снизить совместную растворимость добавок и уменьшить критическую скорость закалки, заменив в ряде случаев охлаждение в воде охлаждением на воздухе.

Вопросы для самоконтроля к главе 18

1 Какие свойства выделяют медь среди других металлов?

2 Назовите примеси в меди, которые применяют в проводниковых и теплопроводных материалах из-за снижения электро- и теплопроводности.

3 Чем вредны свинец и висмут в меди?

4 Почему кислород — вредная примесь в меди?

5 Какое влияние на медь оказывают сера, селен и теллур?

6 Какие эксперименты и каким образом объясняют природу провала пластичности нелегированной меди?

7 Какие латуни и почему используют для глубокой штамповки?

8 Что такое «сезонная» болезнь и у каких латуней она встречается?

9 Как по химическому составу оценить тип структуры легированной латуни?

10 С какой целью и в какие латуни вводят свинец, считающийся вредной примесью?

11 Какие добавки повышают коррозионную стойкость латуни в пресной и морской воде?

12 Какую латунь подвергают закалке и старению, какие у нее фазы-упрочнители и для чего ее используют?

13 Какими литейными свойствами обладают литейные латуни?

14 Какой фазовый состав имеют двухфазные отожженные оловянные бронзы и почему?

15 Почему подшипниковые оловянные бронзы должны быть обязательно раскислены?

16 Какое применение находят деформируемые оловянные бронзы?

17 Почему литейные оловянные бронзы, имеющие широкий интервал кристаллизации, нашли широкое применение для художественного литья?

18 Почему для литья колоколов используют литейные оловянные бронзы?

19 Какова причина низкой гидравлической плотности отливок из оловянных бронз?

20 В чем преимущества и недостатки алюминиевых бронз в сравнении с оловянными?

21 Какая алюминиевая бронза подвергается термической обработке и в чем особенность изменений ее фазового состояния при этом?

22 Каково назначение свинцовой бронзы и почему?

23 Из каких операций состоит термическая обработка бериллиевых бронз и какие фазовые изменения происходят при этом?

24 Какие свойства приобретают сплавы при легировании меди никелем?

25 В чем сходство и различие применения константана и манганина?

26 Какие алюминиевые бронзы являются термически упрочняемыми и имеют одинаковые фазы-упрочнители?

27 Каковы особенности принципов легирования жаропрочных теплопроводных медных сплавов?

28 В чем суть закона Видемана-Франца?

29 Почему для серебряной и кадмиевой бронз, используемых при повышенных температурах, для упрочнения применяют наклеп?

30 В чем смысл микролегирования теплопроводных медных сплавов?

31 Почему большинство тепло- и электропроводных жаропрочных медных сплавов являются термически упрочняемыми?

Теплопроводность меди – различные методы испытаний и применения

Что вы подразумеваете под теплопроводностью?

Чтобы понять термин теплопроводность, нам нужно сначала понять, что такое теплопроводность. Теплопроводность материала мы имеем в виду, меру его способности проводить тепло. Это обычно обозначается k или λ.

Определяющее уравнение для теплопроводности q = -k⛛T, где q — тепловой поток, k — теплопроводность, ⛛T — градиент температуры, известный как закон Фурье для теплопроводности. Это обычно выражается как скаляр, наиболее общая форма теплопроводности — тензор второго ранга. Несмотря на это, тензорное описание становится необходимым только в анизотропных материалах.

Что вы подразумеваете под теплопроводностью меди?

Теплопроводность меди является мерой ее способности проводить тепло, означает передачу тепла от одного тела к другому, теплопроводность вещества, k, является интенсивным свойством (свойство материала, которое не зависит от количества или формы материала, свойства материала в конкретной точке пространства.), что указывает на его способность проводить тепло. Его часто измеряют с помощью анализа лазерной вспышки. Также устанавливаются альтернативные измерения. Из-за состава смеси могут иметь переменную теплопроводность. Обратите внимание, что для газов в обычных условиях перенос тепла за счет адвекции (вызванный, например, конвекцией или турбулентностью) является доминирующим механизмом по сравнению с теплопроводностью.

Если мы посмотрим на теплопроводность чистой меди, то она составит около 400 ватт на метр-кельвин. Это означает, что медная пластина площадью A и толщиной L, на гранях которой поддерживается постоянная относительная разность температур ΔT по Кельвину, будет проводить тепло со скоростью 400⋅A/L⋅ΔT джоулей в секунду. Для производства токопроводящих приборов в Соединенных Штатах чаще всего используется медь. Он имеет высокую температуру плавления и умеренную скорость коррозии. Это также очень эффективный металл для минимизации потерь энергии при передаче тепла. В таких бытовых приборах, как металлические кастрюли, трубы горячего водоснабжения и автомобильные радиаторы, используются проводящие свойства меди.

Доступны различные варианты измерения теплопроводности, каждый из которых подходит для ограниченного диапазона материалов в зависимости от термических свойств и температуры. Под теплопроводностью мы понимаем, что это передача тепла от одной части тела к другой, с которой она находится в контакте, а теплопроводность — это мера способности материала проводить тепло, часто обозначаемая k, λ, или к. Теплопередача зависит от величины температурного градиента и конкретных тепловых характеристик материала.

Различные методы проверки теплопроводности меди: —

Стационарный метод: — Как правило, стационарные методы выполняют измерение, когда температура измеряемого материала не меняется со временем. Поэтому анализ сигналов прост (установившееся состояние подразумевает постоянные сигналы). Единственным недостатком является то, что обычно требуется хорошо спроектированная экспериментальная установка.
Переходные методы: — В этом методе теплопроводность измеряется в процессе нагрева. Поэтому измерения можно производить быстро, что является преимуществом. Их обычно проводят игольчатыми зондами.

Поскольку медь позволяет теплу быстро проходить через нее, она используется во многих приложениях, где важна быстрая теплопередача. These include:

Applications of Thermal Conductivity of Copper

Device	Use
Copper plate	Saucepan bottoms
Copper pipes	Heat exchangers in hot water tanks, underfloor heating system, all-weather football pitches, and car weather
Heat sinks	Computers, disk drives, TV sets

Did You Знать?

В медных металлах атомы меди плотно упакованы.
Каждый атом меди теряет один электрон и становится положительным ионом, что определяет, что медь представляет собой решетку положительных ионов меди со свободными электронами, движущимися между ними. (Электроны чем-то напоминают частицы газа, которые могут свободно перемещаться по поверхности проволоки).
Поскольку электроны могут свободно перемещаться в металле, их называют свободными электронами. Свободные электроны также помогают меди быть хорошим проводником тепла и электричества, поэтому их также называют электронами проводимости.
Ионы меди колеблются (см. рис. 1). Обратите внимание, что они колеблются вокруг одного и того же места, в то время как электроны могут двигаться через решетку. Это очень важно, когда мы подключаем провод к ячейке.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Рисунок 1. Участок медной проволоки, показывающий решетку ионов меди. Есть также

свободных электронов, которые движутся через эту решетку, как газ.

Слово «медь» происходит от латинского слова «cuprum», что означает «кипрская руда». То есть мы используем химический символ меди как Cu.

Теплопроводность меди: свойства, методы испытаний, применение

Теплопроводность определяется как мера способности объекта проводить или передавать тепло . Теплопроводность обычно обозначается символами «κ» и «λ». Обратная величина теплопроводности называется термическим сопротивлением . Материалы с меньшим значением «λ» используются в качестве теплоизоляторов, тогда как в теплоотводах используются материалы с высокой теплопроводностью.

Содержание

1. Что такое теплопроводность

2. Свойства меди

3. Методы для проверки теплопроводности меди

4. Применение теплопроводности меди

. теплопроводность?

Мера способности проводить тепло известна как теплопроводность. Передача тепла от одного тела к другому также известна как теплопроводность. «К» называется теплопроводностью вещества. При анализе лазерной вспышки его часто измеряют. В зависимости от состава смеси могут иметь переменную теплопроводность.

Термическая проводимость экспрессируется через следующее уравнение,

Q = -K.∇T

, где

Q → Тепловой поток или тепловой флюк проводимость (W.m ^— ¹.K ^— ¹)

∇T → Температурный градиент (K.m ^— ¹)

Этот закон известен как Закон теплопроводности или закон теплопроводности 9011 . Этот закон гласит, что скорость, с которой тепло проходит через материал, равна отрицательному градиенту температуры, а также площади, через которую проходит тепло.

Теплопроводность меди 400 ватт на метр кельвин . Это означает, что площадь ‘A’ и толщина ‘L’ медной пластины будут проводить тепло со скоростью 400,A/L.ΔT джоулей в секунду, при этом на поверхностях поддерживается постоянная относительная разность температур ΔT. Коэффициент теплопроводности меди составляет 385 (Вт/м·К)

Медь считается наиболее распространенным металлом, который используется для производства проводящих приборов. Медь имеет умеренную скорость коррозии и высокую температуру плавления. Для минимизации потерь энергии во время передачи тепла медь считается эффективным металлом. Такие приборы, как автомобильные радиаторы, трубы горячего водоснабжения, металлические кастрюли и т. д., используют проводящие свойства меди.

Существуют различные варианты измерения теплопроводности. В зависимости от термической температуры и свойств каждый из них подходит для ограниченного круга материалов. От конкретных тепловых характеристик материала и величины градиента температуры зависит перенос тепла.

Свойства меди

Медь известна тем, что является хорошим проводником тепла и электричества.
Это происходит внутри твердой решетки металлов, потому что делокализованные электроны могут свободно перемещаться в своей решетке.
Медь действует как переносчик электрического заряда и тепла. Он транспортируется из одного конца в другой.

Превращает металлы в хорошие проводники.
Теплопроводность имеет тенденцию к уменьшению с повышением температуры из-за блокировки движения свободных электронов, которая возникает из-за ядра ионов металла с высокой колебательной температурой. Например, если мы возьмем медный стержень и нагреем его с помощью горелки, то атомы, находящиеся в этой части медного стержня, будут рассеивать и вибрировать тепло через стержень.

Методы проверки теплопроводности меди

Существуют различные методы проверки теплопроводности меди, которые перечислены ниже:

Метод переходных процессов: Измерение теплопроводности в этом методе осуществляется в процессе нагрева. Таким образом, измерение может быть выполнено быстро, что является одним из преимуществ переходных методов. Игольчатыми зондами их обычно проводят.

Стационарный метод: Когда температура измеряемого материала не меняется со временем, для измерения используется стационарный метод. Анализ сигнала в стационарном методе прост. Стационарный метод обеспечивает постоянство сигналов.

Применение теплопроводности меди

Медь обеспечивает быструю передачу тепла. Таким образом, медь может использоваться во многих устройствах, которые упомянуты ниже:

Теплообменник: Медь считается популярным выбором для теплообменников в системах кондиционирования воздуха, промышленных объектах, баках с горячей водой, системах напольного отопления, холодильных установках, и т. д.

В электронике: Поскольку медь является отличным проводником тепла и электричества, она широко используется в электротехнике и электронике, например, в дисководах, компьютерах, телевизорах.

Медные сосуды: Хорошие тепловые характеристики и коррозионная стойкость меди делают ее идеальным выбором для кухонных и промышленных сосудов, таких как баки для горячей воды, днища кастрюль и т. д. определяется как мера способности объекта проводить или передавать тепло.

Теплопроводность обычно обозначается символами «κ» и «λ».

Обратная величина теплопроводности называется термическим сопротивлением.

Теплопроводность выражается как q = -k.∇T

Теплопроводность меди составляет 400 ватт на метр-кельвин.

Коэффициент теплопроводности меди составляет 385 (Вт/м·К).

Метод переходного процесса и метод установившегося состояния — это два метода измерения теплопроводности.

Примеры вопросов

Вопросы. Почему говорят, что медь обладает высокой теплопроводностью? (2 балла)

Отв. Говорят, что медь обладает высокой теплопроводностью, потому что медь представляет собой решетку положительных ионов меди. Между ними движутся свободные электроны. Эти свободные электроны помогают в электрической проводимости.

Вопросы. Назовите методы определения теплопроводности меди? (2 балла)

Отв. Методами проверки теплопроводности меди являются метод переходного процесса и метод установившегося состояния.

Вопрос. Какой коэффициент теплопроводности у меди? (2 балла)

Отв. Коэффициент теплопроводности меди составляет 385 (Вт/м·К)

Ques. Что такое тепловое расширение? (2 балла)

Отв. Увеличение размеров тела из-за повышения температуры называется тепловым расширением. Три типа расширения могут иметь место в твердых телах, а именно. линейное, поверхностное и объемное расширение.

Вопросы. Что такое линейное расширение? (3 балла)

Отв. Увеличение длины твердого тела при нагревании называется линейным расширением.

Если температуру стержня исходной длины l повысить на небольшую величину Δt, его длина увеличится на Δl. Тогда линейное расширение определяется выражением

Δl = l ∞ Δt

, где a — коэффициент линейного расширения данного твердого тела. Единицей α является градус Цельсия (°C ^-1 ) в СГС и кельвин (K ^-1 ) в системе СИ.

Вопрос. Дайте определение термическому напряжению. (3 балла)

Отв. Когда стержень удерживается между двумя неподвижными опорами и его температура повышается, неподвижные опоры не позволяют стержню расширяться, в результате чего возникает напряжение, называемое термическим напряжением.

Термическое напряжение в стержне определяется как

, где Y — модуль Юнга для материала стержня, A — площадь поперечного сечения стержня, A — коэффициент линейного расширения, а F — развернутая усилие в стержне.

Вопрос. Дайте определение тепловому сопротивлению. (2 балла)

Отв. Тепловое сопротивление тела есть мера его сопротивления потоку тепла через него. Он определяется как

Ques. Тепло связано с кинетической энергией. Объяснять. (2 балла)

Отв. При нагревании тела его температура повышается, а в жидкостях и газах усиливаются колебания молекул относительно своего среднего положения, следовательно, увеличивается кинетическая энергия, связанная с беспорядочным движением молекул.

Итак, тепловая энергия или теплота связана со случайными и поступательными движениями молекул.

Вопросы. В наши дни люди используют стальную посуду с медным дном. Это должно быть хорошо для равномерного нагревания пищи. Объясните этот эффект, используя тот факт, что медь является лучшим проводником. (2 балла)

Отв. Медное дно стальной посуды быстро нагревается.

По той причине, что медь является хорошим проводником тепла по сравнению со сталью. Но сталь не проводит так быстро, что позволяет пище равномерно нагреваться внутри.

Вопрос. Дайте определение тепловой емкости. (2 балла)

Отв. Теплоемкостью тела называется количество теплоты, необходимое для повышения температуры всего тела на единицу градуса. Она измеряется в калориях на °C или в джоулях на K.

Если Q — количество тепла, необходимое для изменения температуры (Δt) вещества, то теплоемкость вещества определяется выражением

Размерность формула теплоемкости [ML ² T ^-2 K ^-1 ]

Вопросы. Дайте определение удельной теплоемкости. (2 балла)

Отв. Удельная теплоемкость (также называемая удельной теплоемкостью) вещества — это количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы вещества на 1°C. Измеряется в кал г ^-1 (°C) ^-1 или в Дж кг ^-1 К ^-1 .

Удельная теплоемкость вещества определяется как

, где m — масса вещества, а Q — теплота, необходимая для изменения его температуры Δt.

Вопросы. Какие существуют способы теплопередачи? (5 баллов)

Отв. Тепло может передаваться из одного места в другое тремя различными способами, а именно теплопроводностью, конвекцией и излучением. Проводимость обычно имеет место в твердых телах, конвекция — в жидкостях и газах, и для излучения не требуется никакой среды.

(i) Проводимость: Согласно Максвеллу, проводимость — это поток тепла через неравномерно нагретое тело из мест с более высокой температурой в места с более низкой температурой. Скорость теплопередачи равна

, где K называется теплопроводностью, а A — площадью поперечного сечения.

(ii) Конвекция: Максвелл определяет конвекцию как поток тепла при движении самого горячего тела, несущего с собой его тепло.

(iii) Излучение: Излучение – это способ передачи тепла, при котором тепло перемещается непосредственно из одного места в другое без участия какой-либо промежуточной среды.

Теплопроводность определяется как тепловая энергия, передаваемая в единицу времени с единицы площади, имеющей единичную разницу температур на единицу длины. Это выражено в Js ^-1 m ^-1 °C ^-1 или W ^-1 K ^-1

Высокая теплопроводность медных матричных композитных покрытий с высокоориентированными графитовыми нанопластинками

1.M Las. Достижения в области высокопроизводительного охлаждения для электроники. Электрон. Охлаждающий маг. 2005; 11:6–16. [Google Scholar]

2. Ши Л. Тепловой и термоэлектрический перенос в наноструктурах и низкоразмерных системах. Наномасштаб Микромасштаб Термофиз. англ. 2012;16:79–116. doi: 10.1080/15567265.2012.667514. [CrossRef] [Google Scholar]

3. Basile G., Bernardin C., Olla S. Модель преобразования импульса с аномальной теплопроводностью в низкоразмерной системе. физ. Преподобный Летт. 2006;96:204303–204304. doi: 10.1103/PhysRevLett.96.204303. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

4. Бербер С., Квон Ю.К., Томанек Д. Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок. физ. Преподобный Летт. 2000; 84: 4613–4616. doi: 10.1103/PhysRevLett.84.4613. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

5. Ю М.Ф., Лурье О., Дайер М.Дж., Молони К., Келли Т.Ф., Руофф Р.С. Прочность и механизм разрушения многостенных углеродных нанотрубок при растягивающей нагрузке. Наука. 2000; 287: 637–640. doi: 10.1126/science.287.5453.637. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

6. Новоселов К.С., Гейм А.К., Морозов С.В., Цзян Д., Чжан Ю., Дубонос С.В., Григорьева И.В., Фирсов А.А. Эффект электрического поля в атомарно тонких углеродных пленках. Наука. 2004; 306: 666–669. doi: 10.1126/science.1102896. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

7. Баландин А.А., Гош С., Бао В., Кализо И., Тевелдебрхан Д., Мяо Ф., Лау С.Н. Превосходная теплопроводность однослойного графена. Нано Летт. 2008; 8: 902–907. doi: 10.1021/nl0731872. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

8. Нельсон Дж.Б., Райли Д.П. Термическое расширение графита от 15 °С до 800 °С: Часть I. Экспериментальная. проц. физ. соц. (Лондон.) 1945; 57: 477–486. doi: 10.1088/0959-5309/57/6/303. [CrossRef] [Google Scholar]

9. Ангади М.А., Ватанабэ Т., Бодапати А., Сяо X., Аусиелло О., Карлайл Дж.А., Истман Дж.А., Кеблински П., Шеллинг П.К., Филпот С.Р. Тепловой перенос и проводимость границ зерен в ультрананокристаллических тонких пленках алмаза. Дж. Заявл. физ. 2006;99:114301. doi: 10.1063/1.2199974. [CrossRef] [Google Scholar]

10. Лю В.Л., Шамса М., Кализо И., Баландин А.А. Теплопроводность в тонких пленках нанокристаллического алмаза: эффект рассеяния по границам зерен и легирование азотом. заявл. физ. лат. 2006; 89:171915. дои: 10.1063/1.2364130. [CrossRef] [Google Scholar]

11. Daoush W.M., Lim B.K., Mo C.B., Nam D.H., Hong S.H. Электрические и механические свойства медных нанокомпозитов, армированных углеродными нанотрубками, изготовленных методом химического осаждения. Матер. науч. англ. А. 2009 г.;513:247–253. doi: 10.1016/j.msea.2009.01.073. [CrossRef] [Google Scholar]

12. Хван Дж., Юн Т., Джин С.Х., Ли Дж. , Ким Т.С., Хонг С.Х., Чон С. Улучшение механических свойств нанокомпозитов графен/медь с использованием процесса смешивания на молекулярном уровне. . Доп. Матер. 2013; 25:6724–6729. doi: 10.1002/adma.201302495. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

13. Баландин А.А. Термические свойства графена и наноструктурированных углеродных материалов. Нац. Матер. 2011; 10: 569–581. doi: 10.1038/nmat3064. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

14. Вудкрафт А.Л., Баруччи М., Гастингс П.Р., Лолли Л., Мартелли В., Рисегари Л., Вентура Г. Измерения теплопроводности смолы, связанной пеком, при температурах в милликельвинах: поиск замены графиту AGOT. Криогеника. 2009; 49: 159–164. doi: 10.1016/j.cryogenics.2008.10.024. [CrossRef] [Google Scholar]

15. Клеменс П.Г., Педраса Д.Ф. Теплопроводность графита в базовой плоскости. Углерод. 1994; 32: 735–741. doi: 10.1016/0008-6223(94)

-5. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

16. Клеменс П.Г. Теория А-плоскостной теплопроводности графита. J. Матер с широкой запрещенной зоной. 2000; 7: 332–339. doi: 10.1106/7FP2-QBLN-TJPA-NC66. [CrossRef] [Google Scholar]

17. Субраманиам С., Ясуда Ю., Такея С., Ата С., Нисидзава А., Футаба Д., Ямада Т., Хата К. Углеродные нанотрубки-медь, обладающие металлическими свойствами. теплопроводность и кремнийподобное тепловое расширение для эффективного охлаждения электроники. Наномасштаб. 2014;6:2669–2674. doi: 10.1039/c3nr05290g. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

18. Бакши С.Р., Лахири Д., Агарвал А. Композиты с металлической матрицей, армированные углеродными нанотрубками. Обзор. Междунар. Матер. 2010; 55:41–64. doi: 10.1179/095066009X12572530170543. [CrossRef] [Google Scholar]

19. Фэн Ю., Беркетт С.Л. Моделирование композита медь/углеродные нанотрубки для применения в электронной упаковке. вычисл. Матер. науч. 2015; 97:1–5. doi: 10.1016/j.commatsci.2014.10.014. [CrossRef] [Google Scholar]

20. Jagannadham K. Теплопроводность медно-графеновых композитных пленок, синтезированных методом электрохимического осаждения с эксфолиированными графеновыми пластинками. Металл. Матер. Транс. B Процесс Металл. Матер. Процесс. науч. 2012;43:316–324. doi: 10.1007/s11663-011-9597-з. [CrossRef] [Google Scholar]

21. Firkowska I., Boden A., Boerner B., Kusch P., Reich S. Размер нанопластин для контроля выравнивания и теплопроводности в медно-графитовых композитах. Нано Летт. 2014;14:3640–3644. [PubMed] [Google Scholar]

22. Фирковска И., Боден А., Бернер Б., Райх С. Происхождение высокой теплопроводности и сверхнизкого теплового расширения в медно-графитовых композитах. Нано Летт. 2015;15:4745–4751. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b01664. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

23. Чжоу С., Хуан В., Чен З., Цзи Г., Ван М.Л., Чен Д., Ван Х.В. Термическое улучшение в плоскости композитов с алюминиевой матрицей с ориентированным выравниванием чешуек графита. Композиции Часть Б. 2015; 70: 256–262. doi: 10.1016/j.compositesb.2014.11.018. [CrossRef] [Google Scholar]

24. Цуй Ю., Ван Л., Ли Б., Цао Г., Фей В. Влияние шаровой мельницы на разрушение малослойного графена и свойства композитов с медной матрицей. Акта Металл. Грех. (англ. Lett.) 2014; 27: 937–943. дои: 10.1007/s40195-014-0156-х. [CrossRef] [Google Scholar]

25. Nie J., Jia C., Jia X., Li Y., Zhang Y., Liang X. Изготовление и теплопроводность композитов с медной матрицей, армированных углеродными нанотрубками с вольфрамовым покрытием. Междунар. Дж. Майнер. Металл. Матер. 2012; 19: 446–452. doi: 10.1007/s12613-012-0577-3. [CrossRef] [Google Scholar]

26. Фирковска И., Боден А., Фогт А.М., Райх С. Влияние модификации поверхности углеродных нанотрубок на термические свойства композитов медь-УНТ. Дж. Матер. хим. 2011;21:17541–17546. дои: 10.1039/c1jm12671g. [CrossRef] [Google Scholar]

27. Голи П., Нин Х., Ли С., Лу С.Ю., Новоселов К.С., Баландин А.А. Тепловые свойства гетерогенных пленок графен–медь–графен. Нано Летт. 2014; 14:1497–1503. doi: 10.1021/nl404719n. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

28. Chai G., Sun Y., Sun J., Chen Q.J. Механические свойства нанокомпозитов углеродные нанотрубки–медь. микромех. Микроангл. 2008;18:035013. doi: 10.1088/0960-1317/18/3/035013. [CrossRef] [Академия Google]

29. Чжан Д., Чжан З. Получение композитов графеновые нанопластинки–медь модифицированным полупорошковым методом и их механические свойства. J. Alloys Compd. 2016; 658: 663–671. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.10.252. [CrossRef] [Google Scholar]

30. Бартолуччи С.Ф., Парас Дж., Рафи М.А., Рафи Дж., Ли С., Капур Д., Кораткар Н. Графен-алюминиевые нанокомпозиты. Матер. науч. англ. А. 2011;528:7933–7937. doi: 10.1016/j.msea.2011.07.043. [CrossRef] [Google Scholar]

31. Chen F., Ying J., Wang Y., Du S., Liu Z., Huang Q. Влияние содержания графена на микроструктуру и свойства композитов с медной матрицей. Углерод. 2016;96: 836–842. doi: 10.1016/j.carbon.2015.10.023. [CrossRef] [Google Scholar]

32. Чжан Д., Чжан З. Упрочняющий эффект производных графена в композитах с медной матрицей. J. Alloys Compd. 2016; 654: 226–233. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.09.013. [CrossRef] [Google Scholar]

33. Jiang R., Zhou X., Fang Q., Liu Z. Объемные композиты медь-графен с однородной дисперсией графена и улучшенными механическими свойствами. Матер. науч. англ. А. 2016; 654: 124–130. doi: 10.1016/j.msea.2015.12.039. [CrossRef] [Google Scholar]

34. Халеги Э., Торикашвили М., Мейерс М.А., Олевский Э.А. Магнитное усиление теплопроводности в композитах медь-углерод нанотрубок, полученных методом химического осаждения, сушки вымораживанием и искрового плазменного спекания. Матер. лат. 2012; 79: 256–258. doi: 10.1016/j.matlet.2012.03.117. [CrossRef] [Google Scholar]

35. Антенуччи А., Гуарино С., Тальяферри В., Уччарделло Н. Электроосаждение графена на алюминиевых пенопластах с открытыми порами. Матер. Дес. 2015;71:78–84. doi: 10.1016/j.matdes.2015.01.004. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

36. Симончини А., Уччарделло Н., Тальяферри В. Термическое и механическое улучшение алюминиевых пенопластов с открытыми порами путем электроосаждения меди и графена. Произв. Ред. 2016; 3:19. doi: 10.1051/mfreview/2016021. [CrossRef] [Google Scholar]

37. Туинстра Ф., Кенинг Дж. Л. Рамановский спектр графита. Дж. Хим. физ. 1970;53:1126. дои: 10.1063/1.1674108. [CrossRef] [Google Scholar]

38. Феррари А.С. Рамановская спектроскопия графена и графита: беспорядок, электрон-фононная связь, легирование и неадиабатические эффекты. Твердотельный коммун. 2007; 143:47–57. doi: 10.1016/j.ssc.2007.03.052. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

39. Казираги К., Харчух А., Цянь Х., Писканец С., Георги К., Фазоли А., Новоселов К.С., Баско Д.М., Феррари А.К. Рамановская спектроскопия краев графена. Нано Летт. 2009; 9: 1433–1441. doi: 10.1021/nl8032697. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

40. Cong C., Yu T., Wang H. Рамановское исследование G-моды графена для определения ориентации ребер. АКС Нано. 2010;4:3175–3180. doi: 10.1021/nn100705n. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

41. Li Z., Young R.J., Kinloch I.A., Wilson N.R., Marsden A. J., Raju A.P.A. Количественное определение пространственной ориентации графена методом поляризационной рамановской спектроскопии. Углерод. 2015; 88: 215–224. doi: 10.1016/j.carbon.2015.02.072. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

42. Маккрири Р.Л. Рамановская спектроскопия для химического анализа. Wiley-Interscience; Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: 2000. стр. 251–289. [Google Scholar]

43. Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P., Abbott G.L. Флэш-метод определения температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности. Дж. Заявл. физ. 1961; 32:1679. дои: 10.1063/1.1728417. [CrossRef] [Google Scholar]

44. Райх С., Томсен К. Рамановская спектроскопия графита. Филос. Транс. Р. Соц. Лонд. сер. А. 2004; 362: 2271–2288. дои: 10.1098/рста.2004.1454. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

45. Heo G., Kim Y.S., Chun S.H., Seong M.J. Поляризованная рамановская спектроскопия с разными углами падения лазера на однослойный графен. Наномасштаб Res. лат. 2015; 10 doi: 10. 1186/s11671-015-0743-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

46. Дюсберг Г.С., Лоа И., Бургхард М., Сьяссен К., Рот С. Поляризованная рамановская спектроскопия на изолированных одностенных углеродных нанотрубках. физ. Преподобный Летт. 2000; 85: 5436–5439. doi: 10.1103/PhysRevLett.85.5436. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

47. Кардона М. Рассеяние света в твердых телах II, Вопросы прикладной физики. Спрингер; Берлин/Гейдельберг, Германия: 1982. стр. 19–178. [Google Scholar]

48. Liang Q., Yao X., Wang W., Liu Y., Wong C.P. Трехмерная вертикально выровненная функционализированная многослойная графеновая архитектура: подход к термическим межфазным материалам на основе графена. АКС Нано. 2011;5:2392–2401. doi: 10.1021/nn200181e. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

49. Tan P., Hu C., Dong J., Shen W., Zhang B. Поляризационные свойства, спектры комбинационного рассеяния высокого порядка и частотная асимметрия между стоксовым и антистоксовым рассеянием мод комбинационного рассеяния в графитовом вискере. физ. Ред. Б. 2001; 64:214301. doi: 10.1103/PhysRevB.64.214301. [CrossRef] [Google Scholar]

50. Гупта А.К., Руссин Т.Дж., Гутьеррес Х.Р., Эклунд П.К. Исследование краев графена с помощью комбинационного рассеяния. АКС Нано. 2008; 3:45–52. doi: 10.1021/nn8003636. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

51. Тан П.Х., Дэн Ю.М., Чжао К., Ченг В.К. Собственный температурный эффект спектров комбинационного рассеяния графита. заявл. физ. лат. 1999;74:1818. дои: 10.1063/1.123096. [CrossRef] [Google Scholar]

52. Кализо И., Баландин А.А., Бао В., Мяо Ф., Лау С.Н. Температурная зависимость спектров комбинационного рассеяния графена и графеновых мультислоев. Нано Летт. 2007; 7: 2645–2649. doi: 10.1021/nl071033g. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

53. Акгуль Ф.А., Акгуль Г., Йылдырым Н., Уналан Х.Е., Туран Р. Влияние термического отжига на микроструктурные, морфологические, оптические свойства и поверхностное электронное строение тонких оксидов меди. фильмы. Матер. хим. физ. 2014;147:987–995. doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.06.047. [CrossRef] [Google Scholar]

54. Nan C.W., Birringer R., Clarke D.R., Gleiter H. Эффективная теплопроводность дисперсных композитов с межфазным термическим сопротивлением. Дж. Заявл. физ. 1997; 81: 6692–6699. дои: 10.1063/1.365209. [CrossRef] [Google Scholar]

Распространенные заблуждения о криогенной меди | Свойства водорода для исследования энергии (HYPER) Лаборатория

Я сделал эти ошибки, когда учился. Почти каждый студент в моей лаборатории сделал их тоже. Путаница с криогенной медью слишком распространена. Это заканчивается здесь.

Корень путаницы заключается в теплопередаче земли обетованной, как показано на приведенной ниже диаграмме теплопроводности меди при криогенных температурах. Еще лучшее сравнение, чем эта диаграмма, содержится в ФАНТАСТИЧЕСКОЙ книге Джека Экина, которую необходимо прочитать в моей лаборатории: «Экспериментальные методы измерения низких температур». диаграмма теплопроводности находится здесь: http://www. researchmeasurements.com/figures/6-13.pdf

Исторические измерения NBS теплопроводности меди.

Да, вы правильно понимаете. Теплопроводность меди изменяется на два порядка при криогенных температурах. Если вы посмотрите на рисунок по приведенной выше ссылке из книги Джека Экина, то увидите, что медь RRR=2000 имеет теплопроводность при 10 К наравне с самой высокой из алмаза и сапфира. Эта теплопроводность составляет полные 6!! на несколько порядков выше, чем у некоторых пластиков. Для сравнения, если бы у вас был температурный градиент 10 К на пластиковой шине, у вас был бы градиент 0,00001 К с медью RRR = 2000. — Теплообмен земли обетованной — и, как многие земли обетованные, привел многих молодых криогеников в школу суровых испытаний.

C110, C101, C102, ETP, OFHC, RRR???

Вся медь не одинакова. Если вы обращаетесь к обычным поставщикам материалов, ваш выбор, как правило, C110, также известный как электролитический вязкий пек (ETP), или C101, также известный как бескислородная высокочистая медь (OFHC). Оглядываясь назад на график, и ETP, и OFHC указаны рядом с RRR 50, что на целых два порядка ниже, чем RRR = 2000 для меди. Для большей части медного лома или трубок, которые лежат без дела, вероятно, следует предположить, что RRR=25 или меньше. RRR обозначает коэффициент остаточного сопротивления и измеряется через отношение электрического сопротивления при 295 К по сравнению с погружением в жидкий гелий при 4 К. Электрическое сопротивление зависит в первую очередь от чистоты и зернистости образца. Так что, если вы используете OFHC и тщательно отжигаете его много раз, вы тоже можете получить RRR 2000. Но будьте осторожны.

Как только вы удалите все примеси и отожжете медь до RRR=2000, вы удалите все, что сделало ее прочной. По сути, у вас есть брусок из мягкого материала, который ведет себя подобно свинцу или чистому серебру, и его можно поцарапать ногтем. Это очень чистое состояние очень привлекательно для примесей. Людям, которым серьезно нужна медь с высокой проводимостью, в конечном итоге приходится держать ее герметичной, чтобы предотвратить примеси, с помощью нескольких покрытий или пластиковой упаковки, чтобы предотвратить окисление на воздухе, потому что, как только она оказывается на воздухе, она больше не является бескислородной высокой чистотой. Кроме того, этот очень мягкий материал вряд ли пригоден для традиционных металлических применений, поскольку он имеет низкую прочность. Кроме того, его трудно обрабатывать, потому что он заедает и захватывает инструмент. Один из моих студентов, имя которого для этого поста не будет назван, решил продолжить работу с медным патроном С101, потому что он был в механическом цеху, и он торопился. В итоге его изделие несколько дней лежало погруженным в раствор квасцов, пока он пытался растворить в нем сломанный им кран.

Расчет термодиффузии

Что потенциально еще более распространено, чем поломка инструментов из меди, так это проектирование детали без выполнения простых расчетов теплопередачи для обоснования проектных решений. Проблемы с криогеникой обычно более ограничены по времени, чем по температуре, что добавляет дополнительное измерение помимо традиционной теплопроводности. Классический текст моего соконсультанта Грега Неллиса и Сэнди Кляйн «Теплопередача» также обязателен к прочтению в лаборатории. Грег представляет удобное уравнение для оценки постоянной времени термодиффузии: 92/(4*alpha)

, где tau — приблизительное время, необходимое тепловой волне для распространения через материал длиной L и коэффициентом температуропроводности alpha. Температуропроводность представляет собой отношение теплопроводности к плотности, умноженной на теплоемкость. В книге Джека Экина есть отличный график температуропроводности: http://www.researchmeasurements.com/figures/6-3.pdf. Благодаря этому вы можете быстро оценить, имеет ли смысл с точки зрения времени иметь в вашей системе материал более высокой чистоты. Эта разница в 6 порядков между медью и пластиком изменяет 10-минутное время уравновешивания до 19-летнего (!!) времени уравновешивания.

Умные приемы геометрии

Еще один трюк, чтобы убедить себя в том, что вам не нужна медь высокой чистоты, — это геометрия. Распространенной проблемой в криогенике является рутинная калибровка датчиков температуры в большом рабочем диапазоне (3-120 К). Теплопередача происходит, по определению, через градиент температуры. Таким образом, один из способов свести к минимуму температурные градиенты, а не использовать материал с высокой проводимостью, — это уменьшить теплопередачу за счет геометрии. Размещая датчики температуры в «тепловом тупике», вы минимизируете поток тепла через область и создаете очень однородный или равновесный сектор для калибровки датчика. Опять же, мудрость Экина проявляется в этой концепции: http://www.researchmeasurements.com/figures/5-13.pdf.

Окончательный прием геометрии — полное удаление системы из вашего криостата. Старая поговорка в гонках и аэрокосмической отрасли гласит: «Любая деталь, оставшаяся от самолета, ничего не весит и никогда не ломается». Вы можете расширить это, включив в него то, что он не требует времени или затрат на проектирование или обработку. То же самое и с криогеникой.

Вкратце

Вам нужно прочитать книгу Джека Экина и текст Грега Неллиса, если вы хотите добиться успеха в криогенике. Старая поговорка гласит: «Неделя времени в библиотеке экономит год времени в лаборатории». То же самое, вероятно, относится к простые расчеты конструкции и время, затраченное на создание прототипа: сначала выполните простые расчеты , чтобы увидеть, что действительно важно, а затем примите проектные решения и сохраните их простыми . Да, в наши дни вы можете напечатать что-то сложное на 3D-принтере и провести анализ теплопередачи методом конечных элементов, который выглядит красиво. Но, в конце концов, вы, вероятно, поймете, что чудесные земли обетованные, которые вы имели в виду, могут быть не тем, что вы действительно ищете или в чем нуждаетесь.

Медь. Термические свойства. Температура плавления. Теплопроводность

О меди

Медь — это мягкий, ковкий и пластичный металл с очень высокой тепло- и электропроводностью. Свежая открытая поверхность чистой меди имеет красновато-оранжевый цвет. Медь используется как проводник тепла и электричества, как строительный материал и как составная часть различных металлических сплавов, таких как стерлинговое серебро, используемое в ювелирных изделиях, мельхиор, используемый для изготовления морского оборудования и монет, и константан, используемый в тензодатчиках и термопарах. для измерения температуры.

Тепловые свойства меди

Медь – температура плавления и температура кипения

Температура плавления меди 1084,62°C .

Температура кипения меди 2562°C .

Обратите внимание, что эти точки связаны со стандартным атмосферным давлением.

Медь – Теплопроводность

Теплопроводность Медь составляет 401 Вт/(м·К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводность , k (или λ), измеренная в Вт/м·K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Коэффициент теплового расширения меди

Коэффициент линейного теплового расширения меди 16,5 мкм/(м·K)

Тепловое расширение обычно это склонность материи изменять свои размеры в ответ на изменение температуры. Обычно его выражают в виде доли изменения длины или объема на единицу изменения температуры.

См. также: Механические свойства меди

Температура плавления элементов

Теплопроводность элементов

Тепловое расширение элементов

0005

Температура кипения

В общем, кипение является фазовым переходом вещества из жидкой фазы в газовую. температура кипения вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение (кипение или испарение). Температура, при которой начинает происходить испарение (кипение) при заданном давлении, также известна как температура насыщения , и при этих условиях смесь пара и жидкости может существовать вместе. Можно сказать, что жидкость насыщена тепловой энергией. Любое добавление тепловой энергии приводит к фазовому переходу. точка кипения две фазы вещества, жидкость и пар, имеют одинаковую свободную энергию и, следовательно, с одинаковой вероятностью существуют. Ниже точки кипения жидкость является более стабильным состоянием из двух, тогда как выше предпочтительна газообразная форма. Давление, при котором начинается испарение (кипение) при данной температуре, называется давлением насыщения . Когда ее рассматривают как температуру обратного перехода из пара в жидкость, ее называют точкой конденсации.

Как видно, точка кипения жидкости варьируется в зависимости от давления окружающей среды. Жидкость в частичном вакууме имеет более низкую температуру кипения, чем когда эта жидкость находится при атмосферном давлении. Жидкость при высоком давлении имеет более высокую температуру кипения, чем при атмосферном давлении. Например, вода кипит при 100°C (212°F) на уровне моря, но при 93,4°C (200,1°F) на высоте 1900 метров (6233 фута). С другой стороны, вода кипит при 350°C (662°F) при 16,5 МПа (типичное давление PWR).

В Периодической таблице элементов элемент с самой низкой температурой кипения — гелий. Обе точки кипения рения и вольфрама превышают 5000 К при стандартном давлении. Поскольку трудно точно и беспристрастно измерить экстремальные температуры, в литературе упоминаются оба вещества с более высокой температурой кипения.

Точка плавления

В общем, плавление является фазовым переходом вещества из твердого состояния в жидкое. Температура плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое превращение. Точка плавления также определяет состояние, при котором твердое тело и жидкость могут существовать в равновесии. Добавление тепла превратит твердое тело в жидкость без изменения температуры. В точке плавления две фазы вещества, жидкая и паровая, имеют одинаковую свободную энергию и поэтому с равной вероятностью существуют. Ниже точки плавления твердое состояние является более стабильным из двух, тогда как при температуре выше точки плавления предпочтительна жидкая форма. Температура плавления вещества зависит от давления и обычно указывается при стандартном давлении. Когда ее рассматривают как температуру обратного перехода из жидкого состояния в твердое, ее называют точкой замерзания или точкой кристаллизации.

См. также: Понижение точки плавления

Первая теория, объясняющая механизм плавления в объеме, была предложена Линдеманном, который использовал колебания атомов в кристалле для объяснения плавления. Твердые тела похожи на жидкости тем, что оба находятся в конденсированном состоянии, а частицы находятся гораздо ближе друг к другу, чем частицы газа. Атомы в твердом теле тесно связаны друг с другом либо в правильной геометрической решетке (кристаллические твердые тела, которые включают металлы и обычный лед), либо в неправильной (аморфное твердое тело, такое как обычное оконное стекло), и обычно имеют низкую энергию. движение отдельных атомов , ионов или молекул в твердом теле ограничено колебательным движением вокруг фиксированной точки. Когда твердое тело нагревается, его частицы колеблются быстрее , поскольку твердое тело поглощает кинетическую энергию. В какой-то момент амплитуда колебаний становится настолько большой, что атомы начинают вторгаться в пространство своих ближайших соседей и возмущать их, и начинается процесс плавления. Точка плавления – это температура, при которой разрушительные колебания частиц твердого тела преодолевают силы притяжения, действующие внутри твердого тела.

Как и в случае с точками кипения, точка плавления твердого тела зависит от силы этих сил притяжения. Например, хлорид натрия (NaCl) представляет собой ионное соединение, состоящее из множества сильных ионных связей. Хлорид натрия плавится при 801°С. С другой стороны, лед (твердый H ₂ O) представляет собой молекулярное соединение, молекулы которого удерживаются вместе водородными связями, что является эффективным примером взаимодействия между двумя постоянными диполями. Хотя водородные связи являются самыми сильными из межмолекулярных сил, прочность водородных связей намного меньше, чем у ионных связей. Температура плавления льда 0°С.

Ковалентные связи часто приводят к образованию небольших наборов лучше связанных атомов, называемых молекулами, которые в твердых телах и жидкостях связаны с другими молекулами силами, которые часто намного слабее, чем ковалентные связи, удерживающие молекулы вместе внутри. Такие слабые межмолекулярные связи придают органическим молекулярным веществам, таким как воски и масла, их мягкий объемный характер и низкие температуры плавления (в жидкостях молекулы должны прекратить наиболее структурированный или ориентированный контакт друг с другом).

О теплопроводности

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Теплопроводность металлов

Перенос тепловой энергии в твердых телах обычно может быть обусловлен двумя эффектами:

миграцией свободных электронов
решеточные колебательные волны (фононы)

Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, теплопроводность может быть выражена как:0116 являются твердыми телами и поэтому обладают кристаллической структурой, в которой ионы (ядра с окружающими их оболочками остовных электронов) занимают трансляционно эквивалентные позиции в кристаллической решетке. Металлы обычно имеют высокую электропроводность , высокую теплопроводность и высокую плотность. Соответственно перенос тепловой энергии может быть обусловлен двумя эффектами:

миграцией свободных электронов
решетчатые колебательные волны (фононы).

Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, коэффициент теплопроводности может быть выражен как: структура связана с наличием носителей заряда, в частности электронов . Электрическая и теплопроводность металлов обусловлена  тем фактом, что их внешние электроны делокализованы . Их вклад в теплопроводность обозначается как электронная теплопроводность , k _e . Фактически, в чистых металлах, таких как золото, серебро, медь и алюминий, тепловой ток, связанный с потоком электронов, намного превышает небольшой вклад, обусловленный потоком фононов. Напротив, для сплавов вкладом k _ph в k уже нельзя пренебречь.

Теплопроводность неметаллов

Для неметаллические твердые вещества , k определяется в первую очередь k _ph , которое увеличивается по мере уменьшения частоты взаимодействий между атомами и решеткой. Фактически, решеточная теплопроводность является доминирующим механизмом теплопроводности в неметаллах, если не единственным. В твердых телах атомы колеблются вокруг своих положений равновесия (кристаллическая решетка). Колебания атомов не независимы друг от друга, а довольно сильно связаны с соседними атомами. Регулярность расположения решетки оказывает важное влияние на k _ph , с кристаллическими (хорошо упорядоченными) материалами, такими как кварц , имеющими более высокую теплопроводность, чем аморфные материалы, такие как стекло. При достаточно высоких температурах k _ph ∝ 1/T.

квантов колебательного поля кристалла называются « фононами ». Фонон представляет собой коллективное возбуждение в периодическом упругом расположении атомов или молекул в конденсированных средах, таких как твердые тела и некоторые жидкости. Фононы играют важную роль во многих физических свойствах конденсированного вещества, таких как теплопроводность и электропроводность. Фактически, для кристаллических неметаллических твердых тел, таких как алмаз, k _ph может быть довольно большим, превышая значения k, связанные с хорошими проводниками, такими как алюминий. В частности, алмаз обладает самой высокой твердостью и теплопроводностью (k = 1000 Вт/м·К) среди всех объемных материалов.

Теплопроводность жидкостей и газов

В физике жидкость — это вещество, которое постоянно деформируется (течет) под действием приложенного напряжения сдвига. Жидкости являются подмножеством фаз материи и включают жидкости , газы , плазму и, в некоторой степени, пластичные твердые тела. Поскольку межмолекулярное расстояние намного больше, а движение молекул более хаотично для жидкого состояния, чем для твердого состояния, транспорт тепловой энергии менее эффективен. Таким образом, теплопроводность газов и жидкостей обычно меньше, чем у твердых тел. В жидкостях теплопроводность обусловлена атомной или молекулярной диффузией. В газах теплопроводность обусловлена диффузией молекул с более высокого энергетического уровня на более низкий уровень.

Теплопроводность газов

Влияние температуры, давления и химических веществ на теплопроводность газа можно объяснить с точки зрения кинетической теории газов . Воздух и другие газы обычно являются хорошими изоляторами при отсутствии конвекции. Следовательно, многие изоляционные материалы (например, полистирол) функционируют просто благодаря большому количеству заполненных газом карманов , которые предотвращают широкомасштабную конвекцию . Чередование газового кармана и твердого материала приводит к тому, что тепло должно передаваться через множество поверхностей раздела, что приводит к быстрому снижению коэффициента теплопередачи.

Теплопроводность газов прямо пропорциональна плотности газа, средней скорости молекул и особенно средней длине свободного пробега молекулы. Длина свободного пробега также зависит от диаметра молекулы, при этом более крупные молекулы с большей вероятностью столкнутся, чем мелкие молекулы, что представляет собой среднее расстояние, пройденное энергоносителем (молекулой) до столкновения. Легкие газы, такие как водород и гелий обычно имеют высокую теплопроводность . Плотные газы, такие как ксенон и дихлордифторметан, обладают низкой теплопроводностью.

Как правило, теплопроводность газов увеличивается с повышением температуры.

Теплопроводность жидкостей

Как уже писалось, в жидкостях теплопроводность обусловлена атомной или молекулярной диффузией, но физические механизмы объяснения теплопроводности жидкостей изучены недостаточно. Жидкости, как правило, обладают лучшей теплопроводностью, чем газы, а способность течь делает жидкость подходящей для отвода избыточного тепла от механических компонентов. Тепло можно отводить, пропуская жидкость через теплообменник. Теплоносители, используемые в ядерных реакторах, включают воду или жидкие металлы, такие как натрий или свинец.

Теплопроводность неметаллических жидкостей обычно уменьшается с повышением температуры.

О тепловом расширении

Тепловое расширение обычно это тенденция материи изменять свои размеры в ответ на изменение температуры. Обычно его выражают в виде доли изменения длины или объема на единицу изменения температуры. Тепловое расширение характерно для твердых тел, жидкостей и газов. В отличие от газов или жидкостей, твердые материалы, как правило, сохраняют свою форму при тепловом расширении. А коэффициент линейного расширения обычно используется для описания расширения твердого тела, в то время как коэффициент объемного расширения более полезен для жидкости или газа.

Коэффициент линейного теплового расширения определяется как:

, где L – это конкретная длина, а dL/dT – скорость изменения этого линейного размера на единицу изменения температуры.

Коэффициент объемного теплового расширения является основным коэффициентом теплового расширения и наиболее важным для жидкостей. Как правило, вещества расширяются или сжимаются при изменении их температуры, причем расширение или сжатие происходит во всех направлениях.

Коэффициент объемного теплового расширения определяется как:

, где L – объем материала, а dV/dT – скорость изменения этого объема на единицу изменения температуры.

В твердом теле или жидкости существует динамическое равновесие между силами сцепления, удерживающими атомы или молекулы вместе, и условиями, создаваемыми температурой. Поэтому более высокие температуры подразумевают большее расстояние между атомами. Разные материалы имеют разную силу сцепления и, следовательно, разные коэффициенты расширения. Если кристаллическое твердое тело изометрично (имеет во всем одинаковую структурную конфигурацию), расширение будет равномерным во всех измерениях кристалла. Для этих материалов коэффициент площади и объемного теплового расширения соответственно примерно в два и три раза больше линейного коэффициента теплового расширения ( α _V = 3α _L ). Если он не изометричен, могут быть разные коэффициенты расширения для разных кристаллографических направлений, и кристалл будет менять форму при изменении температуры.

Сводка

Элемент	Медь
Точка плавления	1084,62 °С
Точка кипения	2562 °С
Теплопроводность	401 Вт/мК
Коэффициент теплового расширения	16,5 мкм/мК
Плотность	8,92 г/см3

Источник: www. luciteria.com

Свойства других элементов

Другие свойства меди

Теплопроводность при низких температурах, часть 1: теория

больше статей

Теплопроводность при низких температурах, Часть 1: Теория

Рисунок 1. Теплопроводность выбранных металлов в зависимости от температуры. Данные НИСТ.

Теплопроводность – это процесс переноса тепловой энергии через вещество. Он тесно связан с удельной теплоемкостью, количеством тепловой энергии, содержащейся в веществе. На обе величины влияют сходные факторы. Одним из хороших источников данных о материалах при низких температурах является веб-страница криогенной группы NIST по адресу http://cryogenics. nist.gov.

В металлах электроны в первую очередь ответственны за проведение как тепла, так и электричества. Вклад решетки в теплопроводность металлов мал и обычно им пренебрегают. Примеси и дефекты решетки рассеивают электроны и снижают теплопроводность. Самая высокая теплопроводность достигается у очень чистых металлов в отожженном состоянии. К металлам, обычно встречающимся при работе при низких температурах, относятся нержавеющая сталь, алюминий и медь. Металлы обычно имеют теплопроводность в диапазоне от 10 Вт/м-К (сплавы из нержавеющей стали) до 400 Вт/м-К (медь) при комнатной температуре. Во многих чистых металлов и в большинстве кристаллических неметаллов теплопроводность увеличивается при понижении температуры, пока не достигает максимального значения около 20К. Это может показаться удивительным, поскольку количество электронов проводимости, способных проводить тепло, уменьшается с понижением температуры. Однако количество фононов или колебаний решетки, которые рассеивают электроны и ограничивают проводимость, также уменьшается с температурой. Чистый эффект заключается в увеличении теплопроводности при понижении температуры до тех пор, пока температура не станет настолько низкой, что примеси и дефекты станут основным ограничивающим фактором. При очень низких температурах теплопроводность пропорциональна температуре.

В частности, в меди, но также и в других металлах, теплопроводность сильно зависит от чистоты и состояния металла. В результате существует значительный разброс значений теплопроводности, приводимых в литературе, даже для конкретного сплава. Для большей предсказуемости эти металлы иногда характеризуют остаточным сопротивлением или значением RRR. Значение RRR представляет собой отношение удельного электрического сопротивления при 4,2 К к удельному электрическому сопротивлению при 273 К. Это позволяет охарактеризовать теплопроводность, поскольку между электропроводностью и теплопроводностью в металлах существует близкое соответствие.

Для криогенных применений используются медь и алюминий, где требуется хорошая теплопроводность, например. в теплообменниках и теплозащитных экранах. Нержавеющая сталь используется в тех случаях, когда подходит относительно низкая теплопроводность; например в опорах и элементах конструкции.

В то время как хорошая теплопроводность и хорошая электропроводность идут рука об руку для обычных металлов, для сверхпроводников верно обратное. Куперовские пары, ответственные за сверхпроводимость, не участвуют в теплопроводности. Ниже температуры перехода теплопроводность сверхпроводника быстро падает. Это следует иметь в виду при использовании алюминия, температура перехода которого составляет 1,2 К, и при использовании некоторых припоев.

Рис. 2. Теплопроводность сапфира и меди RRR 500

Неметаллы часто считаются относительно плохими проводниками тепла; однако 90 115 кристаллических 90 116 неметаллов на самом деле могут иметь очень высокую теплопроводность. Теплопроводность сапфира (оксида алюминия) фактически превышает теплопроводность очень чистой меди (RRR 500) примерно от 20 до 100 К. Сапфир используется в качестве электрического изолятора в теплоотводах (например, магнитные выводы), где требуется отличная теплопроводность и электрическая изоляция. Теплопроводность алмаза достигает пикового значения 3000 Вт/м·К при температуре 80 К, хотя он не получил широкого распространения из-за своей стоимости. Оксид бериллия и кварц также являются примерами неметаллов, которые могут проявлять относительно высокую теплопроводность в кристаллической форме. В неметаллах тепло переносится колебаниями решетки. В кристалле хорошего качества, свободном от дефектов и примесей, эти колебания решетки могут распространяться на большие расстояния и эффективно переносить тепло. Колебания решетки фактически рассеиваются при столкновениях с другими колебаниями решетки. Снижение температуры уменьшает количество колебаний решетки, но позволяет оставшимся двигаться дальше, тем самым увеличивая теплопроводность. Как и в случае с металлами, достигается точка, в которой примеси и дефекты ограничивают теплопроводность, что приводит к пиковому значению в диапазоне от 10 до 100 К в зависимости от материала.

Рис. 3. Теплопроводность некоторых пластиков. Данные НИСТ.

Пластмассы широко используются в криогенных приложениях. Металлизированные пластмассы используются в качестве изоляции, пластиковые опоры используются для минимизации утечек тепла, а пластмассы используются для обеспечения электрической изоляции и герметизации сверхпроводящих катушек. Пластмассы имеют относительно низкую теплопроводность; в диапазоне от 0,2 Вт/м-К до 0,8 Вт/м-К при комнатной температуре. Их теплопроводность меняется очень мало, пока температура не упадет ниже 50К. При очень низких температурах теплопроводность большинства неметаллов уменьшается в зависимости от T3.

Теплопроводность пластмасс можно изменить с помощью таких добавок, как оксид алюминия. Теплопроводность пластмасс, как и всех неметаллов, обусловлена колебаниями решетки. В решетке аморфных материалов отсутствует крупномасштабная регулярность кристаллов, и колебания решетки не могут распространяться на большие расстояния.

Published by admin

View all posts by admin

Тепловые и термодинамические свойства меди

Теплопроводность, теплоемкость серебра и его теплофизические свойства.

Температура плавления латуни

Температура плавления бронзы

электропроводность, свойства, особенности и применение.

1

2

3

4

От чего зависит показатель теплопроводности

Понятие коэффициента теплопроводности

Когда учитывается

Закон Фурье

Коэффициент теплопроводности металлов и его зависимость от параметров состояния вещества

Объяснение теплопроводности металлов

Свойства и характеристики металла

Масса и плотность

Температурный диапазон

Механические характеристики

Теплоемкость и теплопроводность

Электропроводность

Токсичность

МЕДЬ и МЕДНЫЙ ПРОКАТ

IP65 степень герметичности оборудования

Перевод крана на управление с пола

Троллейный шинопровод HFP

Презентация завода Uting Telecontrol

Расчет тока электродвигателя

Теплопроводные и жаропрочные сплавы меди — Мегаобучалка

Теплопроводность меди – различные методы испытаний и применения

Что вы подразумеваете под теплопроводностью?

Что вы подразумеваете под теплопроводностью меди?

Различные методы проверки теплопроводности меди: —

Applications of Thermal Conductivity of Copper

Did You Знать?

Теплопроводность меди: свойства, методы испытаний, применение

Свойства меди

Методы проверки теплопроводности меди

Применение теплопроводности меди

Примеры вопросов

Высокая теплопроводность медных матричных композитных покрытий с высокоориентированными графитовыми нанопластинками

Распространенные заблуждения о криогенной меди | Свойства водорода для исследования энергии (HYPER) Лаборатория

C110, C101, C102, ETP, OFHC, RRR???

Расчет термодиффузии

Умные приемы геометрии

Вкратце

Медь. Термические свойства. Температура плавления. Теплопроводность

О меди

Тепловые свойства меди

Медь – температура плавления и температура кипения

Медь – Теплопроводность

Коэффициент теплового расширения меди

Температура плавления элементов

Теплопроводность элементов

Тепловое расширение элементов

Температура кипения

Точка плавления

Теплопроводность металлов

Теплопроводность неметаллов

Теплопроводность жидкостей и газов

Сводка

Свойства других элементов

Другие свойства меди

Теплопроводность при низких температурах, часть 1: теория

​Теплопроводность при низких температурах, Часть 1: Теория

Published by admin

Теплопроводность при низких температурах, Часть 1: Теория