Проводит тепло медь: Теплопроводность меди и ее сплавов – плюсы и минусы

Лучший проводник — тепло — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Cтраница 3

Горолку с пламенем нужно все время сохранять в движении для равномерного нагрева. О степени нагрева изделия лучше всего судить по началу плавления припоя; делать заключения о степени нагрева по цвету нагреваемых деталей нужно с большой осторожностью, так как зрительное восприятие этих цветов в значительной степени зависит от условий освещения рабочего места. При нагревании разнородных металлов или сплавов пламя нужно направлять на тот из них, который является лучшим проводником тепла.
 [32]

Характерной особенностью металлов является особый металлический блеск, объясняемый их способностью хорошо отражать свет. Между отражательной способностью металла, его электропроводностью и теплопроводностью существует определенный параллелизм: чем сильнее металл отражает свет, тем лучшим проводником тепла и электричества он является. Так, медь, серебро и золото отличаются наибольшей отражательной способностью, и они же являются лучшими проводниками тепла и электричества.
 [33]

С внешней стороны металлы характеризуются прежде всего особым, как говорят, металлическим блеском. Причина этого блеска заключается в том, что поверхность металла сильно отражает лучи света. Другим характерным свойством металлов является их способность хорошо проверить тепло и электричество, причем, обычно, чем сильнее металл отражает лучи света, тем лучшим проводником тепла и электричества он является. Серебро, медь и золото наиболее сильно отражают лучи света; они в то же время обладают наибольшей теплопроводностью и электропроводностью.
 [34]

Теплопроводностью называется свойство металлов проводить тепло при наг ревании. Чем лучше металл проводит тепло, тем быстрее и равномернее он наг ревается. Теплопроводность металлов имеет большое практическое значение Если металл обладает низкой теплопроводностью, то для полного прогрева oi нуждается в длительном нагревании; при быстром же охлаждении в нем обра зуются трещины. Лучшими проводниками тепла являются чистые металлы — серебро, медь, алюминий. Сталь обладает значительно меньшей теплопровод ностью.
 [35]

Атомы металлов образуют кристаллическую решетку, в узлах которой, кроме нейтральных атомов, находятся также положительно заряженные ионы, образовавшиеся в результате потери валентных электронов частью атомов. Оторвавшиеся от атомов электроны перемещаются по всему объему металла и не принадлежат какому-либо определенному атому. Благодаря наличию легко перемещающихся электронов металлы хорошо проводят электричество и тепло. Лучшими проводниками тепла и электричества являются серебро, медь и алюминий.
 [36]

Теплопроводностью называется свойство металлов проводить тепло при нагревании. Чем лучше металл проводит тепло, тем быстрее и равномернее он нагревается. Теплопроводность металлов имеет большое практическое значение. Если металл обладает низкой теплопроводностью, то для полного прогрева он нуждается в длительном нагревании; при быстром же охлаждении в нем образуются трещины, что приводит к неисправимому браку изделий. Лучшими проводниками тепла являются чистые металлы — серебро, медь, алюминий. Сталь ввиду сложности химического состава обладает значительно меньшей теплопроводностью.
 [38]

Все металлы обладают металлическим блеском, который обусловливается способностью их сильно отражать лучи света. Большинство из них сохраняет блеск только тогда, когда они находятся в сплошной массе. В мелкораздробленном виде большинство металлов имеет черный или серый цвет, кроме магния и алюминия. Металлы хорошо проводят тепло и электричество, причем лучшие проводники тепла являются и лучшими проводниками электрического тока. Наиболее хорошо проводят тепло и электричество серебро и медь, наименее — свинец и ртуть.
 [39]

При понижении температуры за точку перехода жидкий гелий внезапно начинает проводить тепло совершенно сверхъестественным для жидкости образом — сказал Ландау в одной из популярных лекций. Вы, вероятно, слыхали, что жидкости вообще очень плохо проводят тепло, в частности, плохо проводит тепло к обыкновенная вода. Не лучшей теплопроводностью обладают и другие жидкости, за исключением ртути, которая, как и все металлы, является хорошим проводником тепла. Плохо проводит тепло и гелий I, обыкновенный жидкий гелий. И вот при понижении температуры до точки перехода жидкого гелия от гелия I к гелию II, он начинает проводить тепло лучше, чем самые лучшие проводники тепла — медь и серебро, причем изменение происходит внезапно. Свойство громадной теплопередачи, конечно, сразу обратило на себя внимание и показало, что в этой непонятной жидкости скрыто еще много удивительного.
 [40]

При понижении температуры за точку перехода жидкий гелий внезапно начинает проводить тепло совершенно сверхъестественным для жидкости образом — сказал Ландау в одной из популярных лекций. Вы, вероятно, слыхали, что жидкости вообще очень плохо проводят тепло, в частности, плохо проводит тепло и обыкновенная вода. Не лучший теплопроводностью обладают и другие жидкости, за исключением ртути, которая, как и все металлы, является хорошим проводником тепла. Плохо проводит тепло и гелий I, обыкновенный жидкий гелий. И вот при понижении температуры до точки перехода жидкого гелия от гелия I к гелию II, он начи нает проводить тепло лучше, чем самые лучшие проводники тепла — медь и серебро, причем изменение происходит внезапно. Свойство громадной теплопередачи, конечно, сразу обратило на себя внимание и показало, что в этой непонятной жидкости скрыто еще много уди — вительного.
 [41]

Расположение металлов в различных местах периодической системы химических элементов показывает, что многие свойства у них должны сильно различаться. Наряду с этим имеются, однако, некоторые свойства, которые присущи всем металлам. Металлы, за исключением ртути — вещества твердые. Все металлы обладают характерным металлическим блеском, который обусловливается способностью их сильно отражать лучи света. Большинство из-них сохраняет блеск только тогда, когда они находятся в сплошной массе. В мелкораздробленном виде-болыпинство металлов имеет черный или серый цвет. Металлы хорошо проводят тепло и электричество, причем лучшие проводники тепла являются и лучшими проводниками электрического тока. Наиболее хорошо проводят тепло и электричество серебро и медь, наименее — свинец и ртуть.
 [43]

С проблемой подвода и отвода тепла инженеры встречаются на каждом шагу. Работает атомная электростанция — значит, в ядерном реакторе выделяется огромное количество тепловой энергии, которое надо как можно быстрей вывести наружу для превращения в электричество. Крутится электромотор, пыхтит двигатель внутреннего сгорания, горит радиолампа, ракета врезается в атмосферу — здесь мы уже имеем дело с вредным нагревом, когда от тепла надо побыстрее избавиться. Неудивительно, что теплотехники на протяжении многих десятилетий ломают головы, пытаясь ускорить движение медлительных тепловых потоков. Чтобы пропускать по медному стержню диаметром 2 — 3 сантиметра и длиной менее полуметра всего 10 киловатт тепловой энергии, нужен огромный термический напор. Один конец стержня пришлось бы раскалить втрое горячее поверхности Солнца, фактически превратить в пар, тогда как другой должен был бы сохранять комнатную температуру. А ведь медь считается одним из лучших проводников тепла. Что касается тепловой трубки, то при тех же размерах она пропустит такую энергию почти без сопротивления, и разность температур между ее концами практически не удастся даже измерить. Аналогичную теплопроводность могла бы иметь только медная глыба диаметром в три метра и весом 40 тонн.
 [44]

Страницы:  

   1

   2

   3

§ 5. Теплопроводность » Народна Освіта

Зачем жители жарких районов Центральной Азии летом носят ватные халаты? Как сделать, чтобы мороженое в летнюю жару быстро не растаяло, если поблизости нет холодильника? В какой обуви быстрее замерзнут ноги — в той, которая плотно прилегает к ноге, или в просторной? После изучения данного параграфа вы сможете правильно ответить на все эти вопросы.

знакомимся с механизмом теплопроводности

Проведем опыт. Зажав в лапке штатива медный стержень, прикрепим к нему воском несколько канцелярских кнопок. Начнем нагревать свободный конец стержня в пламени спиртовки. Спустя некоторое время кнопки по очереди будут падать на стол (рис. 5.1).

Для объяснения этого явления воспользуемся знанием молекулярно-кинетической теории. Частицы в металлах все время движутся: ионы колеблются вокруг положений равновесия; движение свободных электронов напоминает движение молекул газа.

Когда конец стержня помещают в пламя спиртовки, скорость движения частиц металла, находящегося непосредственно в пламени, увеличивается. Эти частицы взаимодействуют с соседними и «раскачивают» их. В результате повышается температура следующей части стержня и так далее. Образно говоря, вдоль стержня идет «поток» тепла, который последовательно разогревает металл. Тепло от металла передается воску, воск размягчается, и кнопки одна за другой отпадают от стержня.

Обратите внимание: во время процесса само вещество (медь) не перемещается от одного конца стержня к другому.

Теплопроводность — это вид теплопередачи, который обусловлен хаотичным движением и взаимодействием частиц вещества и не сопровождается перемещением этого вещества.

Убеждаемся, что разные вещества по-разному проводят тепло

Вы, наверное, замечали, что одни вещества проводят тепло лучше, чем другие. Так, если поместить в стакан с горячим чаем две чайные ложки — стальную и медную, то медная нагреется намного быстрее. Это значит, что медь лучше проводит тепло, чем сталь.

Опыты показали, что лучшие проводники тепла — металлы. Древесина, стекло, многие виды пластмасс проводят тепло значительно хуже, именно поэтому мы можем, например, держать зажженную спичку до тех пор, пока пламя не дойдет до пальцев (рис. 5.2, а).

Плохо проводят тепло и жидкости (за исключением расплавленных металлов). Проведем опыт.

На дно пробирки с холодной водой положим кусочек льда, а чтобы лед не всплыл, прижмем его грузиком.

Нагревая на спиртовке верхний слой воды, через некоторое время увидим, что вода у поверхности кипит, а лед внизу пробирки еще не растаял (рис. 5.2, б).

Еще хуже, чем жидкости, проводят тепло газы.

И это легко объясняется. Расстояние между молекулами в газах намного больше, чем в жидкостях и твердых телах. Поэтому столкновение частиц и, соответственно, передача энергии от одной частицы к другой происходят реже.

Стекловолокно, вата, мех очень плохо проводят тепло: во-первых, между их волокнами находится воздух, во-вторых, эти волокна плохо проводят тепло сами по себе.

Рассмотрите рис. 5.3, 5.4. Объясните, почему отдельные детали кухонной утвари изготовлены из разных материалов. Почему дома строят из древесины или кирпича? Почему подкладки курток заполняют пухом?

Наблюдаем теплопроводность в природе, в жизни человека

Вы хорошо знаете, что домашние животные весной и осенью линяют. Весной мех животных становится короче и менее густым, осенью же, наоборот, — отрастает и становится гуще. Шерсть, мех, пух плохо проводят тепло и надежно защищают животных от охлаждения.

Животные, которые обитают или охотятся в холодных морях (тюлени, моржи и др.), имеют под кожей толстую жировую прослойку — благодаря слабой теплопроводности она позволяет долгое время находиться в воде без значительного переохлаждения.

Многие насекомые зимой закапываются глубоко в землю — ее хорошие теплоизоляционные свойства помогают насекомым выжить даже в сильные морозы. Некоторые растения пустыни покрыты мелкими ворсинками: неподвижный воздух между ними препятствует теплообмену с окружающей средой.

Человек часто использует те или иные вещества, учитывая их теплопроводность. Вещества с хорошей теплопроводностью применяются там, где нужно быстро передать тепло от одного тела к другому. Например, кастрюли, сковородки, батареи отопления и т. п. изготовляют из металлов. А вот там, где нужно избежать нагревания или охлаждения тел, используют вещества, которые плохо проводят тепло. Например, деревянная ручка джезвы позволяет налить кофе, не пользуясь прихваткой, а в водопроводных трубах, проложенных глубоко под землей, вода не замерзает даже в сильные морозы и т. д.

Подводим итоги

Теплопроводность — это вид теплопередачи, который обусловлен хаотичным движением и взаимодействием частиц вещества и не сопровождается перемещением этого вещества.

Вещество в разных агрегатных состояниях, а также различные вещества по-разному проводят тепло, то есть имеют разную теплопроводность. Лучшие проводники тепла — металлы, худшие — газы. Человек широко использует способность веществ по-разному проводить тепло.

Контрольные вопросы    —

1. Что называют теплопроводностью? 2. Опишите опыт, демонстрирующий, что металлы хорошо проводят тепло. 3. Как происходит передача энергии при теплопроводности? 4. В каком состоянии вещество хуже проводит тепло — в твердом, жидком или газообразном? 5. Почему животные не замерзают даже в достаточно сильный холод? 6. Какие материалы хорошо проводят тепло? Где их применяют? 7. Какие материалы плохо проводят тепло? Где их применяют?

Упражнение № 5

1.    Почему с точки зрения физики выражение «шуба греет» неверно?

2.    Почему двойные рамы в окнах способствуют лучшей теплоизоляции?

3.    Почему под соломой снег долго не тает?

4.    Почему в бесснежные зимы озимые страдают от морозов?

5.    При комнатной температуре металлические предметы на ощупь кажутся холоднее, чем деревянные. Почему? При каком условии металлические предметы будут казаться на ощупь теплее деревянных? одинаковыми с ними по температуре?

6.    Воздушный шар расположен на некоторой высоте. Как будет вести себя шар, если температуру воздуха внутри шара увеличить? уменьшить?

Экспериментальное задание

«Греем лед». Возьмите два кусочка льда, каждый положите в отдельный полиэтиленовый пакет. Один пакет тщательно оберните ватой или махровым полотенцем. Положите пакеты на тарелки и поставьте в шкаф. Через час разверните пакеты. Объясните результат.

Физика и техника в Украине

Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Ба-куля НАН Украины (Киев) считается одним из крупнейших научно-технических материаловедческих центров Европы.

инициатор создания (1961 г.) и первый директор института — Валентин Николаевич Бакуль(1908-1978). В 1977-2014 гг. институт возглавллял академик НАН Украины Николай Васильевич Новиков; в настоящее время он является его почетным директором.

В институте разрабатываются технологии получения и использования сверхтвердых материалов. Под руководством Н. В. Новикова созданы новые направления современного материаловедения: синтез крупных сверхпрочных кристаллов алмаза разного цвета, получение алмазных и алмазоподобных пленок и покрытий с особыми свойствами, высокотемпературная керамика, компьютерное материаловедение. Разработки института применяются в машиностроении, строительной индустрии, добыче и обработке природного камня, геолого-разведочном бурении, электронике, оптике, медицине и т. д.

С 1995 г. институт — ведущая организация научно-технологического алмазного концерна АЛКОН, продукция которого пользуется спросом как в Украине, так и во многих странах мира.

С 2014 г. институт возглавляет член-корреспондент НАН Украины Владимир Зиновьевич Туркевич.

Почему медь хороша для теплопередачи — Почему медь хороша для теплопередачи

Медь обладает многими характеристиками, которые делают ее желанным материалом в мире науки. Одним из них является его отличная теплопроводность. Из-за этой особенности медь стала жизненно важным компонентом солнечных водонагревателей.

Медь играет жизненно важную роль в трубах, соединяющих коллектор с системой хранения и распределения воды в здании. Когда солнце освещает воду внутри коллектора, медная облицовка поглощает тепло и передает его воде, нагревая ее при этом. Поскольку интенсивность солнечного излучения меняется в течение дня, циркуляционный насос соответствующим образом регулирует свою скорость.

Из всех металлов, используемых по теплопроводности, медь считается одним из лучших. Это такой хороший проводник тепла, что если вы нагреете один конец куска меди, тепло мгновенно перейдет к другому концу. Когда свободный электрон в решетке более холодного атома сталкивается с ионом на горячем конце, он быстро набирает кинетическую энергию и движется к холодному концу. Таким образом, тепло передается быстро.

Есть много других причин, по которым медь считается лучшим проводником тепла для передачи тепла, чем серебро или любой другой металл. В этом посте мы прольем свет на различные причины, по которым медь подходит для теплопередачи. Продолжайте читать, чтобы узнать.

1. Устойчивость к коррозии

Вы когда-нибудь задумывались, почему медь лучше всего подходит для теплопередачи? Это связано с его коррозионной стойкостью. Он не подвержен коррозии, что делает его важным компонентом для систем, которые не должны подвергаться коррозии, таких как кастрюли, ювелирные изделия, электрические кабели, трубы, морское оборудование и многое другое. Это также одна из основных причин, почему он является компонентом многих типов солнечных водонагревателей.

Медная банка служит своему назначению максимально долго. Инвестирование в него из-за его неагрессивных свойств принесет щедрую прибыль в будущем.

2. Прочный

Медь — прочный металл с высокой температурой плавления, что делает его идеальным для систем солнечной энергии, где необходимо регулярно использовать тепло. Они не ломаются и не рассыпаются при температуре ниже нуля градусов по Цельсию. Из-за прочности медь можно использовать в течение многих лет, не опасаясь потери своей структуры или функции. Компоненты из меди, особенно в районах, где обычно используются солнечные батареи, гарантированно сохранят свою форму для выполнения своих функций.

3. Высокая пластичность

Медь обладает высокой пластичностью, что позволяет легко придавать ей различные размеры и формы из-за ее тонких стенок и легкости. Его можно сгибать, не теряя своих свойств и функций, и его можно использовать в системах солнечного отопления.

4. Очистка

Медь естественным образом очищается от бактерий. Его поверхность враждебна бактериям, вирусам и многим другим вредоносным микроорганизмам. Это одна из причин, по которой он используется в качестве теплопроводящего материала в таких помещениях, как больницы, где гигиена поддерживается на высоком и оптимальном уровне.

5. Пригодна для вторичной переработки

Медь легко перерабатывается, сохраняя при этом свое качество и свойства. Вместе со своими сплавами медь может быть переработана в другие формы, которые можно использовать для проведения тепла. Этот фактор предотвращает попадание отходов меди на свалки, помогая поддерживать минимальные остатки меди в окружающей среде.

6. Легко сплавляемые

Медь можно смешивать с другими металлами для получения сплавов. Медные сплавы прочнее и жестче, чем чистая медь, что повышает их способность проводить тепло. Большинство сплавов, используемых в системах солнечного отопления, являются жизненно важными компонентами, играющими большую роль в теплопроводности.

В двух словах 

Медь является хорошим материалом для теплопередачи. По причинам, рассмотренным выше, он часто используется в качестве компонента многих систем солнечного нагревателя. При покупке солнечного водонагревателя или системы горячего водоснабжения выберите тот, в котором медь используется в качестве материала для теплопередачи для максимальной эффективности. В связи с этим солнечный водонагреватель Solar-Mate использует медные трубки для передачи тепла от солнца к воде. Для получения дополнительной информации свяжитесь с нашими специалистами.

Что такое электропроводность металлов?

Проводимость металла — это мера способности материала передавать тепло или электричество (или звук). Обратной величиной проводимости является сопротивление или способность уменьшать поток тех.

Понимание склонности материала к проводимости может быть решающим фактором при выборе этого материала для данного применения. Очевидно, что некоторые материалы выбраны потому, что они легко проводят электричество (например, провод) или тепло (например, ребра или трубки в радиаторе или теплообменнике). Для других применений (таких как изоляция) материалы выбираются потому, что они не очень хорошо проводят ток.

Чистые металлы обеспечивают наилучшую проводимость. В большинстве металлов наличие примесей ограничивает поток электронов. Таким образом, по сравнению с чистыми металлами элементы, добавляемые в качестве легирующих добавок, можно считать «примесями». Таким образом, сплавы имеют меньшую электропроводность, чем чистый металл. Если требуются другие свойства, обеспечиваемые легированием (например, дополнительная твердость или прочность), важно выбрать добавки в сплав, которые не оказывают существенного влияния на проводимость, если это также важно.

Металлы проводят электричество, позволяя свободным электронам перемещаться между атомами. Эти электроны не связаны ни с одним атомом или ковалентной связью. Так как одноименные заряды отталкиваются друг от друга, движение одного свободного электрона внутри решетки вытесняет электроны в соседнем атоме, и процесс повторяется — движение в направлении тока, к положительно заряженному концу.

Теплопроводность похожа на электрическую в том смысле, что возбуждение атомов в одной секции приводит к возбуждению и вибрации соседних атомов. Это движение или кинетическая энергия — мало чем отличающаяся от трения рук друг о друга, чтобы согреться — позволяет теплу проходить через металл. Сплавы, представляющие собой комбинацию различных металлических элементов, имеют более низкий уровень теплопроводности, чем чистые металлы. Атомы разного размера или атомного веса будут вибрировать с разной скоростью, что меняет характер теплопроводности. Чем меньше передача энергии между атомами, тем меньше проводимость.

Чистое серебро и медь обеспечивают самую высокую теплопроводность, а алюминий – меньшую. Нержавеющие стали обладают низкой теплопроводностью. Некоторые материалы, в том числе медь, легко проводят как тепло, так и электричество. В то время как другие, такие как стекло, проводят тепло, но не электричество.

Как мы уже отмечали ранее, выбор металла для любого применения, вероятно, сопряжен с компромиссами.