Проводит ли тепло алюминий: Алюминий проводит ток или тепло

Содержание

Применение алюминия – Энергетика

Алюминий многогранен: он не только является универсальным

конструктивным материалом, но и отлично проводит электрический ток.

Сегодня именно алюминий, наряду с медью, обеспечивает передачу

электроэнергии на Земле.

Томас Эдисон

Американский изобретатель и предприниматель

Одним из важнейших открытий в истории человечества является электричество. Оно приводит в движение все на нашей планете, позволяет за доли секунды связывать континенты. Без него был бы невозможен современный научно-технический прогресс. Да и производить алюминий мы не могли бы без электричества. Любопытно, что сегодня именно этот металл отвечает за передачу электрической энергии на тысячи километров.

Среди недрагоценных металлов алюминий по электропроводности уступает только меди, и то лишь на треть, при этом алюминий обладает неоспоримым преимуществом – он легче. Чтобы пропускать ток такой же силы, что и медный, алюминиевый провод должен быть по сечению в полтора раза больше медного, но все равно будет иметь вдвое меньший вес. Для высоковольтных линий электропередач, которые осуществляют доставку электроэнергии на большие расстояния, весовые характеристики являются одним из важнейших параметров. Поэтому во всех магистральных воздушных линиях электропередач используются только алюминиевые провода.

Алюминий

Золото

Серебро

Впервые алюминиевые провода появились в конце XIX века в США. В 1880 году в Чикаго начальник железнодорожной станции заметил, что наружная медная проводка быстро разрушается, потому что медь разъедается паровозным дымом. Неизвестно, что именно подвигло его попробовать в качестве замены алюминий, но медный провод длиной несколько сот метров был заменен на алюминиевый, который оказался долговечнее, несмотря на то, что с каждым годом количество поездов на станции увеличивалось.

Сравнительно небольшой вес алюминиевых проводов позволяет снизить нагрузку на опоры электросетей и увеличить расстояние пролетов между ними, благодаря чему уменьшаются расходы и время на строительство. При прохождении через них тока алюминиевые провода нагреваются, и их поверхность покрывается прочной пленкой оксида. Она-то и служит им отличным изолятором, защищая от внешних воздействий.

13%

всего производимого в мире алюминия используется в энергетике

Для изготовления алюминиевой проводки используются сплавы серий 1ххх, 6ххх, 8ххх – последние позволяют создавать продукцию со сроком службы более 40 лет.

Заготовкой для алюминиевого кабеля служит алюминиевая катанка – сплошной алюминиевый прут диаметром от 9 до 15 мм. Она легко гнется и сворачивается без появления трещин. Ее практически невозможно порвать или сломать, она легко выдерживает значительные статические нагрузки.

Катанку производят методом непрерывного литья и прокатки. Полученную литую заготовку пропускают через несколько прокатных клетей, уменьшая сечение до нужного диаметра, и формируют гибкий шнур, который затем охлаждается и сворачивается в большие круглые рулоны – «бухты». Далее, уже на кабельных заводах, катанка перерабатывается в проволоку на специальном волочильном оборудовании, волочится до диаметров от 4 мм до 0,23 мм.

Существует несколько типов проводов для высоковольтных линий электропередач.

Воздушные линии электропередач построены по принципу цепной линии. Ее же использует паук в своей паутине. В перевернутом виде она используется при строительстве арок.

Чаще всего используется алюминиевый провод со стальным сердечником (ACSR, aluminium conductor steel reinforced). Он имеет в сердечнике несколько перекрученных стальных нитей, которые «обернуты» слоями алюминиевой проволоки. Сталь используется для увеличения прочности кабеля и позволяет ему сохранять первоначальную форму при нагреве и других нагрузках. Алюминиевая часть отвечает за передачу тока.

Полностью алюминиевый провод из нелегированного алюминия (AAAC, all aluminium alloy conductor) или из алюминиевого сплава легче армированного и в отличие от него абсолютно не подвержен коррозии.

Наконец, провод с композитным сердечником (ACCC, aluminium conductor composite core) позволяет сократить эффект термопровисания провода, характерный для типа ACSR, стальной сердечник которого расширяется при нагреве. Коэффициент расширения углеродного сердечника в 10 раз ниже стального. Кроме того, он существенно легче и прочнее – это позволяет использовать в таком проводе на 28% больше алюминия без увеличения диаметра и общего веса. Дополнительный алюминий сокращает потери энергии в линии на 25-40%.

Медь и алюминий в энергетике

Процесс замены существующих медных проводов в мире происходит с разной степенью интенсивности, но при строительстве новых линий электропередач компании стремятся использовать именно алюминиевые провода, особенно в сегменте высоковольтных линий. Например, национальный электрический кодекс США предписывает при строительстве новых зданий использовать именно алюминиевую проводку. А с введением с 1 сентября 2015 года новых стандартов в отношении использования низковольтных алюминиевых проводов в Китае использование алюминия в энергетике этой страны неминуемо возрастет.

Динамика цен на алюминий и медь (долларов США за тонну)

Использование алюминиевых кабелей имеет и значительный экономический эффект. Во-первых, алюминий существенно дешевле меди, а во-вторых, большая электропроводимость алюминия позволяет передавать больше электричества с использованием той же инфраструктуры. Энергопотребление в мире постоянно растет, сети не справляются с имеющейся нагрузкой, увеличивается количество перегрузок и аварий, а строительство новых ЛЭП – гораздо затратнее, чем замена кабеля.

Производители работают над усовершенствованием алюминиевых сплавов для

электротехнических нужд. Один из примеров – алюминиево-циркониевые провода, позволяющие удвоить пропускную способность линий электропередач без замены или строительства новых мачтовых опор. Особенно это ценится в местах густой застройки или на труднопроходимых ландшафтах. Алюминий успешно заменяет медную проводку в автомобилях, что позволяет снизить общий вес автомобиля в среднем на 12 кг.

Алюминий и алюминиевые сплавы также широко применяются в производстве электронных и микроэлектронных компонентов, в частности при производстве конденсаторов. Из него также делаются антенны, в том числе телевизионные. Этот металл применяется при строительстве радиолокаторов. А в некоторых странах из алюминия изготавливают и сами мачты-опоры для линий электропередач. Широко применяется алюминий и при производстве трансформаторов, а также роторных низковольтных двигателей.

В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.

«Холодный» и «теплый» алюминиевый профиль

Основными типами алюминиевых систем является «теплая» и «холодная». Оба варианта активно используются в современном строительстве.

Для того, чтобы детально разобраться в отличиях между указанными типами, вспомним о базовых характеристиках алюминиевого сплава. Он имеет такие преимущества как легкость, стойкость к коррозии, лучшая по сравнению с ПВХ, твердость и прочность на изгиб, несклонность к термическому расширению.

Но есть и один существенный недостаток: теплопроводность алюминия составляет 221 Вт/(м‧°С). Для сравнения: у сосны этот показатель равен 0,09–0,18, а у ПВХ — 0,15–0,2.

По этой причине «холодный алюминий» явно не подойдет для жилых помещений, но пригодится благодаря большому количеству преимуществ, которые мы указали выше, на многих других объектах.

Чаще всего «холодный алюминий» используют в следующих областях:

— остекления неутепленных лоджий, веранд, летних беседок;

— внутри зданий: в офисах, развлекательных и торговых комплексах. Алюминиевое остекление позволяет зонировать пространство, применяют его и при необходимости возведения перегородок;

— в зимних задах;

— обустройстве складов и прочих промышленных помещений.

Как видим, сфера применения «холодного алюминия» очень обширна. Тем более, что у него имеется целый ряд преимуществ. Структура холодных рам однородна, неразрывна. Целостность конструкции делает ее максимально герметичной: она защищает помещение от атмосферных осадков, пыли и влаги. Благодаря легкому весу появляется возможность установить окна даже в сооружения без несущих стен и основательного фундамента. Отметим также простоту сборки и высокую скорость монтажа.

Подводя итог, можно сказать, что «холодные» алюминиевые витражи по качеству, прочности и возможности обработки подходят для учреждений различного типа – торговых, социальных, оздоровительных, производственных и т.д.

Но что делать, если в помещении нужно обязательно сохранить тепло?

На помощь приходит «теплый алюминий». Конструктивные особенности этого типа профиля предусматривают наличие специальных термоизоляционных вставок из полиамида.

При производстве теплого профиля алюминиевые и полиамидные части соединяются по системе «паз-гребень», а затем «закатываются» на специальном оборудовании. У «теплого профиля» между двумя алюминиевыми деталями есть специальная пластмассовая вставка, которая тепло не проводит. Специалисты называют её терморазрывом, или термомостом. Вставка прерывает тепловой поток, идущий из помещения на улицу.

Для изготовления терморазрыва используют специальный стеклонасыщенный полиамид, показатель теплопроводности которого в 150 раз ниже, чем у металла. Толщина полиамидной вставки колеблется от 1,8 до 3,5 см, что позволяет алюминиевым конструкциям сохранять тепло так же хорошо, как это делают изделия из дерева и ПВХ.

Для климатических условий России достаточной теплоизолирующей способностью обладают оконные конструкции из алюминия, имеющие полиамидную термовставку шириной 20 мм и оснащенные двухкамерными стеклопакетами.

При этом не будем забывать о том, что основную площадь окна занимает стекло. Значит, тепло- и звукоизоляционные свойства конструкции в большей степени зависят от типа и толщины стеклопакета.

И вот тут у алюминия появляется ключевое преимущество перед ПВХ: металл крепче пластика и в отличие от него гарантированно выдерживает массивные пакеты с толстым стеклом и усиленной фурнитурой, не испытывая деформаций.

«Теплый» алюминий все чаще используется при обустройстве частных и общественных зданий, офисных помещений, балконов, оранжерей и других объектов, для которых температурный режим является ключевым фактором.

Как мы можем убедиться, у алюминия в наши дни практически нет никаких ограничений по сфере применения.

термодинамика — Вопрос о теплопроводности и теплопередаче

Ощущение чего-то «горячего» зависит от скорости передачи тепла коже и продолжительности передачи. Произведение скорости и продолжительности теплопередачи равно количеству тепла, переданного коже.

Скорость теплопередачи алюминиевой фольги, являющейся металлом, относительно высока из-за ее высокой теплопроводности. Но количество доступного тепла невелико, потому что он очень тонкий, что делает его массу на единицу площади и его теплоемкость очень низкой, при прочих равных условиях. Вот почему вы можете вынуть фольгу прямо из духовки без прихватки и не обжечься. Если, с другой стороны, вы попытаетесь вынуть металлическую решетку из духовки без рукавицы, вы можете обжечься. 92$ кусок алюминиевой фольги (приблизительная площадь поверхности кончика пальца) толщиной 0,02 мм (в среднем для фольги) при температуре 200°С (392°F) составляет около 0,8 Дж, что более чем в 5 раз меньше порога образования волдыря и более чем в 2,5 раза меньше болевого порога.

Просто любопытная мысль, что нам делать, чтобы обжечься алюминием?
фольга? Я имею в виду, какую модификацию мы должны внести в фольгу? И может ты
пожалуйста, предоставьте формулу/методологию для расчетов?

90$С соответственно. Эти температуры намного выше тех, которые достижимы в бытовых печах.

Следует отметить, что выше было сделано несколько предположений, большинство из которых ошибочно. Возможно, наиболее значимыми являются теоретические пороги боли и ожога. Они были основаны на опытах на очень тонкой (наиболее уязвимой) коже (внутренняя поверхность предплечья и тыльная сторона пальца (средние фаланги)). Кожа на подушечках пальцев более толстая, что делает их менее уязвимыми. Таким образом, пороги для подушечек пальцев будут выше, чем используемые здесь. Это должно быть ошибкой на стороне осторожности.

Надеюсь, это поможет.

Насколько жарко для алюминия?

Алюминий — удивительный металл с выдающимися механическими свойствами, которые делают его идеальным выбором для различных применений. Одним из качеств, которое отличает его от других материалов, является его теплопроводность. Из всех широко используемых металлов медь и алюминий обладают наибольшей теплопроводностью, что делает алюминий отличным вариантом для задач, связанных с регулированием или перемещением тепла.

В то время как некоторые аспекты алюминия, как правило, привлекают все внимание, такие как его высокое соотношение прочности к весу, превосходная коррозионная стойкость и исключительная формуемость, теплопроводность часто упускается из виду. Обладая способностью проводить гораздо больше тепла, чем нержавеющая сталь и другие металлы, алюминий стал отличным вариантом для производителей во многих отраслях, включая электронику, производство пластмасс и аэрокосмическую промышленность.

Один из вопросов, который нам часто задают, заключается в том, насколько горячим может быть алюминий, прежде чем он станет проблемой. Люди хотят знать, сколько тепла можно приложить к алюминиевым деталям и машинам, прежде чем материал выйдет из строя. Все эти вопросы сводятся к двум основным принципам: теплопроводность и температура плавления; это то, что мы сегодня обсудим.

Как мы измеряем теплопроводность?

Говоря о теплопроводности материала, мы имеем в виду его способность проводить тепло. С научной точки зрения, это определяется как число, основанное на так называемом законе Фурье, который гласит, что скорость теплопередачи через материал пропорциональна отрицательному градиенту температуры и площади под прямым углом к этому градиенту. , по которому течет тепло. Это сложный способ сказать, что теплопроводность говорит нам, насколько быстро тепло передается через материал. Как правило, чем выше число, тем быстрее теплообмен.

Также важно отметить, что даже для чистого алюминия фактическое число зависит от количества тепла; расчет проводимости может быть еще более сложным для различных сплавов. Вы никогда не должны предполагать, что номер лаборатории для теплопроводности верен, так как вам нужно будет протестировать ваше приложение в различных сценариях, чтобы быть уверенным, как оно справляется с различными температурами.

Давайте рассмотрим несколько реальных примеров. Пенополистирол, который часто используется в качестве изоляционного материала, имеет очень плохую теплопроводность. Чашка из пенопласта хороша для хранения горячего кофе, потому что она не позволяет теплу жидкости передаваться руке, держащей чашку. С другой стороны, такой металл, как алюминий, обладает отличной теплопроводностью. Это означает, что если бы у вас была алюминиевая чашка, наполненная очень горячим кофе, сама чашка была бы горячей на ощупь и ее было бы трудно удержать.

Радиатор относится к пассивному теплообменнику, в котором тепло, выделяемое электронным или механическим устройством, передается либо воздуху, либо жидкому хладагенту, тем самым предотвращая перегрев устройства. Обычно радиаторы используются в процессорах и графических процессорах, которые имеют тенденцию нагреваться и могут быть повреждены избыточным теплом. Алюминий обычно используется в таких устройствах благодаря его теплопроводности и легкому весу.

Другим промышленным применением, в котором выгода от высокой теплопроводности алюминия является обработка пластмасс. Когда расплавленный пластик затвердевает в готовую деталь в процессе литья под давлением или выдувного формования, время отверждения в форме зависит от теплопроводности его материала. Использование алюминия вместо стали сокращает время цикла изготовления детали, повышая производительность и сокращая ценное время на пресс/машину.

Какова температура плавления алюминия?

Конечно, такая теплопроводность хороша только до определенного момента. Если металл нагреть слишком сильно, он начнет деформироваться, поэтому очень важно знать температуру плавления вашего материала и то, сколько тепла он должен выдержать, прежде чем использовать его в приложении. Существуют и другие ситуации, когда важно знать температуру плавления алюминия, например, при сварке или термообработке алюминиевого сплава.

Какова температура плавления алюминия? Если вы посмотрите в учебнике, ответ будет 1221 ° F (660,3 ° C), но производители почти никогда не работают с чистым алюминием. У каждого сплава своя температура плавления, а некоторые созданы специально для работы в условиях высоких температур. Существуют высокопрочные алюминиевые сплавы с Zn, Mg, Cu и Sc в качестве легирующих элементов, температура плавления которых достигает 1275°F.

С другой стороны, необходимо понимать, что температура плавления — не единственный фактор, который необходимо учитывать при попытке понять, как металл будет работать при высоких температурах. Например, если вы сварите алюминиевую заготовку, используя алюминиевый сплав 5356 в качестве сварочного стержня, то готовая деталь будет очень восприимчива к коррозионному растрескиванию под напряжением уже при 150 градусах. То же самое относится к алюминиевым сплавам 5183 и 5556. Хотя точка плавления может никогда не быть достигнута, вы должны знать, что другие проблемы могут возникнуть, когда некоторые сплавы подвергаются воздействию даже умеренно высоких температур.

Еще одной серьезной проблемой при применении алюминия при высоких температурах является точка, в которой будут затронуты механические свойства металла. Высоколегированные марки, которые были упрочнены процессами термообработки, теряют эти более высокие механические свойства при воздействии повышенных температур. Воздействие чрезмерного тепла приведет к отпуску и ослаблению термообработанного металла.

Если у вас есть приложение, которое будет подвергаться сильному нагреву, важно тщательно протестировать его на этапе прототипирования, особенно если важным фактором является долговечность. Выбор правильного сплава, который будет правильно работать в ваших конкретных условиях, крайне важен для обеспечения вашей прибыли. Вот почему работа с опытным поставщиком материалов может помочь вам сэкономить время и деньги.

Ваш поставщик технических ресурсов

Отличить множество различных алюминиевых сплавов, доступных сегодня на рынке, непросто. В Clinton Aluminium мы гордимся тем, что тесно сотрудничаем с нашими клиентами, чтобы подобрать правильный материал для каждого применения.