Ζεστός- αυτή είναι μια από τις μορφές ενέργειας που περιέχεται στην κίνηση των ατόμων στην ύλη. Μετράμε την ενέργεια αυτής της κίνησης με ένα θερμόμετρο, αν και όχι άμεσα.
Όπως όλα τα άλλα είδη ενέργειας, η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί από σώμα σε σώμα. Αυτό συμβαίνει πάντα όταν υπάρχουν σώματα διαφορετικών θερμοκρασιών. Επιπλέον, δεν χρειάζεται καν να έρχονται σε επαφή, καθώς υπάρχουν διάφοροι τρόποι μεταφοράς θερμότητας. Δηλαδή:
Θερμική αγωγιμότητα.Αυτή είναι η μεταφορά θερμότητας μέσω της άμεσης επαφής δύο σωμάτων. (Μπορεί να υπάρχει μόνο ένα σώμα εάν τα μέρη του έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες.) Επιπλέον, όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των σωμάτων και όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή επαφής τους, τόσο περισσότερη θερμότητα μεταφέρεται κάθε δευτερόλεπτο. Επιπλέον, η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται εξαρτάται από το υλικό - για παράδειγμα, τα περισσότερα μέταλλα μεταφέρουν καλά τη θερμότητα, αλλά το ξύλο και το πλαστικό είναι πολύ χειρότερα. Η ποσότητα που χαρακτηρίζει αυτή την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας ονομάζεται επίσης θερμική αγωγιμότητα (πιο σωστά, συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας), η οποία μπορεί να οδηγήσει σε κάποια σύγχυση.
Εάν είναι απαραίτητο να μετρηθεί η θερμική αγωγιμότητα ενός υλικού, τότε αυτό πραγματοποιείται συνήθως στο ακόλουθο πείραμα: μια ράβδος κατασκευάζεται από το υλικό που ενδιαφέρει και το ένα άκρο διατηρείται σε μια θερμοκρασία και το άλλο σε διαφορετική, για παράδειγμα χαμηλότερη, θερμοκρασία. Ας, για παράδειγμα, κρύο τέλοςθα τοποθετηθεί σε νερό με πάγο - με αυτόν τον τρόπο θα διατηρηθεί μια σταθερή θερμοκρασία, και μετρώντας το ρυθμό τήξης του πάγου μπορεί κανείς να κρίνει την ποσότητα της θερμότητας που λαμβάνει. Διαιρώντας την ποσότητα θερμότητας (ή μάλλον, ισχύ) με τη διαφορά θερμοκρασίας και τη διατομή της ράβδου και πολλαπλασιάζοντας με το μήκος της, λαμβάνουμε τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, μετρούμενο, όπως προκύπτει από τα παραπάνω, σε J * m / K * m 2 * s, δηλαδή σε W / K*m. Παρακάτω βλέπετε έναν πίνακα με τη θερμική αγωγιμότητα ορισμένων υλικών.
| Υλικό | Θερμική αγωγιμότητα, W/(m K) |
| Διαμάντι | 1001—2600 |
| Ασήμι | 430 |
| Χαλκός | 401 |
| Οξείδιο του βηρυλλίου | 370 |
| Χρυσός | 320 |
| Αλουμίνιο | 202—236 |
| Πυρίτιο | 150 |
| Ορείχαλκος | 97—111 |
| Χρώμιο | 107 |
| Σίδερο | 92 |
| Πλατίνα | 70 |
| Κασσίτερος | 67 |
| Οξείδιο ψευδαργύρου | 54 |
| Ατσάλι | 47 |
| Οξείδιο αργιλίου | 40 |
| Χαλαζίας | 8 |
| Γρανίτης | 2,4 |
| Συμπαγές σκυρόδεμα | 1,75 |
| Βασάλτης | 1,3 |
| Ποτήρι | 1-1,15 |
| Θερμική πάστα KPT-8 | 0,7 |
| Νερό υπό κανονικές συνθήκες | 0,6 |
| Τούβλο κατασκευής | 0,2—0,7 |
| Ξύλο | 0,15 |
| Λάδια πετρελαίου | 0,12 |
| Φρέσκο χιόνι | 0,10—0,15 |
| Υαλοβάμβακας | 0,032-0,041 |
| πετροβάμβακας | 0,034-0,039 |
| Αέρας (300 K, 100 kPa) | 0,022 |
Όπως φαίνεται, η θερμική αγωγιμότητα διαφέρει κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Το διαμάντι και ορισμένα οξείδια μετάλλων μεταδίδουν τη θερμότητα εκπληκτικά καλά (σε σύγκριση με άλλα διηλεκτρικά, ο αέρας, το χιόνι και η θερμική πάστα KPT-8).
Αλλά έχουμε συνηθίσει να πιστεύουμε ότι ο αέρας μεταφέρει τη θερμότητα καλά, αλλά το βαμβάκι όχι, αν και μπορεί να αποτελείται κατά 99% από αέρα. Το θέμα είναι μεταγωγή.Ο ζεστός αέρας είναι ελαφρύτερος από τον κρύο αέρα και «επιπλέει» στην κορυφή, δημιουργώντας σταθερή κυκλοφορία αέρα γύρω από ένα θερμαινόμενο ή πολύ ψυχρό σώμα. Η συναγωγή βελτιώνει τη μεταφορά θερμότητας κατά μια τάξη μεγέθους: χωρίς αυτήν, θα ήταν πολύ δύσκολο να βράσετε ένα τηγάνι με νερό χωρίς να το ανακατεύετε συνεχώς. Και στην περιοχή από 0°C έως 4°C νερό όταν θερμαίνεται συρρικνώνεται, η οποία οδηγεί σε συναγωγή προς την αντίθετη κατεύθυνση από τη συνηθισμένη. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία του αέρα, στον πυθμένα των βαθιών λιμνών η θερμοκρασία ρυθμίζεται πάντα στους 4°C
Για να μειωθεί η μεταφορά θερμότητας, ο αέρας αντλείται από το χώρο μεταξύ των τοιχωμάτων των θερμοσίφωνων. Αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι η θερμική αγωγιμότητα του αέρα εξαρτάται ελάχιστα από την πίεση έως και 0,01 mm Hg, δηλαδή το όριο του βαθέως κενού. Αυτό το φαινόμενο εξηγείται από τη θεωρία των αερίων.
Μια άλλη μέθοδος μεταφοράς θερμότητας είναι η ακτινοβολία. Όλα τα σώματα εκπέμπουν ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αλλά μόνο αυτά που θερμαίνονται επαρκώς (~600°C) εκπέμπουν στο εύρος που είναι ορατό σε εμάς. Η ισχύς ακτινοβολίας, ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, είναι αρκετά υψηλή - περίπου 40 mW ανά 1 cm 2. Όσον αφορά την επιφάνεια του ανθρώπινου σώματος (~1m2) αυτό θα είναι 400W. Η μόνη σωτήρια χάρη είναι ότι στο συνηθισμένο μας περιβάλλον, όλα τα σώματα γύρω μας εκπέμπουν επίσης με την ίδια περίπου δύναμη. Η ισχύς ακτινοβολίας, παρεμπιπτόντως, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία (όπως T 4), σύμφωνα με το νόμο Stefan-Boltzmann. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι, για παράδειγμα, στους 0°C η ισχύς της θερμικής ακτινοβολίας είναι περίπου μιάμιση φορά ασθενέστερη από ό,τι στους 27°C.
Σε αντίθεση με τη θερμική αγωγιμότητα, η ακτινοβολία μπορεί να διαδοθεί σε πλήρες κενό - χάρη σε αυτήν οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη λαμβάνουν την ενέργεια του Ήλιου. Εάν η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία είναι ανεπιθύμητη, τότε ελαχιστοποιείται με την τοποθέτηση αδιαφανών χωρισμάτων μεταξύ ψυχρών και θερμών αντικειμένων ή η απορρόφηση της ακτινοβολίας (και η εκπομπή, παρεμπιπτόντως, στον ίδιο ακριβώς βαθμό) μειώνεται καλύπτοντας την επιφάνεια με ένα λεπτό στρώμα καθρέφτη από μέταλλο, για παράδειγμα, ασήμι.
- Τα δεδομένα για τη θερμική αγωγιμότητα ελήφθησαν από τη Wikipedia και έφτασαν εκεί από βιβλία αναφοράς όπως:
- «Φυσικές ποσότητες» εκδ. I. S. Grigorieva
- Εγχειρίδιο CRC Χημείας και Φυσικής
- Μια πιο αυστηρή περιγραφή της θερμικής αγωγιμότητας μπορεί να βρεθεί σε ένα εγχειρίδιο φυσικής, για παράδειγμα, στο "General Physics" από τον D.V. Στον τόμο 4 υπάρχει ένα κεφάλαιο αφιερωμένο στη θερμική ακτινοβολία (συμπεριλαμβανομένου του νόμου Stefan-Boltzmann)
Σελίδα 3
Η θερμική αγωγιμότητα της επικάλυψης σμάλτου, ακόμη και με συνηθισμένο σμάλτο, είναι αρκετά χαμηλή, - 0 8 - 1 0 Watt ανά μέτρο βαθμό. Για σύγκριση: η θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου είναι 65. χάλυβας - 70 - 80; χαλκός - 330 watt ανά μέτρο βαθμό. Εάν υπάρχουν φυσαλίδες αερίου στο σμάλτο, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της φαινομενικής πυκνότητάς του, η θερμική αγωγιμότητα μειώνεται. Για παράδειγμα, με φαινομενική πυκνότητα σμάλτου 2,48 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, η θερμική αγωγιμότητα είναι ίση με 1,18 Watt ανά μέτρο βαθμό, στη συνέχεια, με φαινομενική πυκνότητα 2,20 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, η θερμική αγωγιμότητα είναι ήδη ίση με 0,46 Watt ανά κυβικό εκατοστό βαθμός μέτρου.
Το κρυσταλλικό πλέγμα του αλουμινίου αποτελείται, όπως πολλά άλλα μέταλλα, από κύβους με επίκεντρο το πρόσωπο (βλ. σελίδα. Η θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου είναι διπλάσια από τη θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου και ίση με το ήμισυ της θερμικής αγωγιμότητας του χαλκού. Η ηλεκτρική του αγωγιμότητα είναι πολύ υψηλότερη από την ηλεκτρική αγωγιμότητα του σιδήρου και φτάνει το 60% της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του χαλκού.
| Σύνθεση και μηχανικές ιδιότητες ορισμένων χυτοσιδήρων από χρώμιο. |
Το κράμα είναι πολύ επιρρεπές στο σχηματισμό κοιλοτήτων συρρίκνωσης. Η θερμική αγωγιμότητα του κράματος είναι περίπου το ήμισυ της θερμικής αγωγιμότητας του σιδήρου, η οποία πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την κατασκευή θερμικού εξοπλισμού από χυτοσίδηρο χρωμίου.
Κατά τη συγκόλληση με τόξο χαλκού, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι η θερμική αγωγιμότητα του χαλκού είναι περίπου έξι φορές μεγαλύτερη από τη θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου. Η αντοχή του χαλκού μειώνεται τόσο πολύ που ακόμη και με ελαφριές κρούσεις δημιουργούνται ρωγμές. Ο χαλκός λιώνει σε θερμοκρασία 1083 C.
Το μέτρο ελαστικότητας του τιτανίου είναι σχεδόν το μισό από αυτό του σιδήρου, είναι στο ίδιο επίπεδο με αυτό των κραμάτων χαλκού και είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό του αλουμινίου. Η θερμική αγωγιμότητα του τιτανίου είναι χαμηλή: είναι περίπου το 7% της θερμικής αγωγιμότητας του αλουμινίου και το 16-5% της θερμικής αγωγιμότητας του σιδήρου. Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη θέρμανση μετάλλου για επεξεργασία υπό πίεση και συγκόλληση. Η ηλεκτρική αντίσταση του τιτανίου είναι περίπου 6 φορές μεγαλύτερη από αυτή του σιδήρου και 20 φορές μεγαλύτερη από αυτή του αλουμινίου.
Το μέτρο ελαστικότητας του τιτανίου είναι σχεδόν το μισό από αυτό του σιδήρου, είναι στο ίδιο επίπεδο με αυτό των κραμάτων χαλκού και είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό του αλουμινίου. Η θερμική αγωγιμότητα του τιτανίου είναι χαμηλή: είναι περίπου το 7% της θερμικής αγωγιμότητας του αλουμινίου και το 16-5% της θερμικής αγωγιμότητας του σιδήρου.
Αυτό το υλικό έχει ικανοποιητική μηχανική αντοχή και εξαιρετικά υψηλή χημική αντοχή σχεδόν σε όλα, ακόμη και στα πιο επιθετικά χημικά αντιδραστήρια, με εξαίρεση τα ισχυρά οξειδωτικά. Επιπλέον, διαφέρει από όλα τα άλλα μη μεταλλικά υλικά ως προς την υψηλή θερμική αγωγιμότητά του, υπερδιπλάσια από τη θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου.
Όλες αυτές οι απαιτήσεις ικανοποιούνται από δομικούς χάλυβες με σίδηρο, άνθρακα και χαμηλής περιεκτικότητας σε κράμα άνθρακα με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα: το σημείο τήξης του σιδήρου είναι 1535 C, η καύση είναι 1200 C, το σημείο τήξης του οξειδίου του σιδήρου είναι 1370 C. Η θερμική επίδραση της οξείδωσης οι αντιδράσεις είναι αρκετά υψηλές: Fe 0 5O2 FeO 64 3 kcal / g -mol, 3Fe 2O2 Fe3O4 H - 266 9 kcal / g-mol, 2Fe 1 5O2 Fe2O3 198 5 kcal / g-mol και η θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου είναι περιορισμένη .
Το τιτάνιο και τα κράματά του, λόγω των υψηλών φυσικών τους ιδιοτήτων, χημικές ιδιότητεςχρησιμοποιείται όλο και περισσότερο ως δομικό υλικό για την αεροπορία και την τεχνολογία πυραύλων, τη χημική μηχανική, την κατασκευή οργάνων, τη ναυπηγική και τη μηχανολογία, σε βιομηχανίες τροφίμων και σε άλλες βιομηχανίες. Το τιτάνιο είναι σχεδόν δύο φορές ελαφρύτερο από τον χάλυβα, η πυκνότητά του είναι 4 5 g/cm3, έχει υψηλές μηχανικές ιδιότητες, αντοχή στη διάβρωση σε κανονικές και υψηλές θερμοκρασίες και σε πολλά ενεργά περιβάλλοντα, η θερμική αγωγιμότητα του τιτανίου είναι σχεδόν τέσσερις φορές μικρότερη από τη θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου.
Μία από αυτές τις λύσεις είναι ότι ένας σωλήνας που τυλίγεται σε μια ψυχρή επιφάνεια συγκολλάται μόνο σε αυτήν την επιφάνεια, μετά την οποία ο σύνδεσμος μεταξύ του σωλήνα και του περιβλήματος επικαλύπτεται με εποξειδική ρητίνη αναμεμειγμένη με σκόνη σιδήρου. Η θερμική αγωγιμότητα του μείγματος είναι κοντά στη θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου. Ως αποτέλεσμα, δημιουργείται καλή θερμική επαφή μεταξύ του περιβλήματος και του σωλήνα, η οποία βελτιώνει τις συνθήκες ψύξης του περιβλήματος.
Όλες αυτές οι προϋποθέσεις ικανοποιούνται από σίδηρο και ανθρακοχάλυβα. Τα οξείδια FeO και Fe304 τήκονται σε θερμοκρασίες 1350 και 1400 C. Η θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου δεν είναι υψηλή σε σύγκριση με άλλα δομικά υλικά.
Για μέταλλα που λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες, είναι επίσης πολύ σημαντικό το πώς αλλάζει η θερμική τους αγωγιμότητα με τις αλλαγές θερμοκρασίας. Η θερμική αγωγιμότητα του χάλυβα αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας. Ο καθαρός σίδηρος είναι πολύ ευαίσθητος στις αλλαγές θερμοκρασίας. Ανάλογα με την ποσότητα των ακαθαρσιών, η θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου μπορεί να αλλάξει δραματικά. Ο καθαρός σίδηρος (99 7%), που περιέχει 0 01% C και 0 21% O2, έχει θερμική αγωγιμότητα 0 35 cal cm-1 s - 19 C - στους - 173 C και 0 85 cal cm - x Xc - 10 C - στους -243 C .
Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη συγκόλληση είναι με κολλητήρι, πυρσούς αερίου, βύθιση σε λιωμένη κόλληση και σε φούρνους. Οι περιορισμοί στη χρήση του προκαλούνται μόνο από το γεγονός ότι ένα συγκολλητικό σίδερο μπορεί να συγκολλήσει μέρη με λεπτά τοιχώματα σε θερμοκρασία 350 C. Ογκώδη μέρη, λόγω της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας τους, η οποία είναι 6 φορές μεγαλύτερη από τη θερμική αγωγιμότητα του σιδήρου , είναι συγκολλημένα με πυρσούς αερίου. Για σωληνωτούς εναλλάκτες θερμότητας χαλκού, χρησιμοποιείται συγκόλληση με εμβάπτιση σε λιωμένα άλατα και συγκολλήσεις. Κατά τη συγκόλληση με εμβάπτιση σε λιωμένα άλατα, χρησιμοποιούνται συνήθως φούρνοι λουτρού αλατιού. Τα άλατα συνήθως χρησιμεύουν ως πηγή θερμότητας και έχουν αποτέλεσμα ροής, επομένως δεν απαιτείται πρόσθετη ροή κατά τη συγκόλληση. Στη συγκόλληση με εμβάπτιση, τα προ-ροή μέρη θερμαίνονται σε λιωμένη κόλληση, η οποία γεμίζει τα κενά της ένωσης στη θερμοκρασία συγκόλλησης. Προστασία καθρέφτη συγκόλλησης ενεργού άνθρακαή αδρανές αέριο. Το μειονέκτημα της συγκόλλησης σε λουτρά αλατιού είναι ότι σε ορισμένες περιπτώσεις είναι αδύνατο να αφαιρεθούν τα υπολειμματικά άλατα ή η ροή.
Εισαγωγή
Ο προσδιορισμός της θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων παίζει σημαντικό ρόλο σε ορισμένους τομείς, για παράδειγμα, στη μεταλλουργία, τη ραδιομηχανική, τη μηχανολογία και τις κατασκευές. Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλές διαφορετικές μέθοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων.
Αυτή η εργασία είναι αφιερωμένη στη μελέτη της κύριας ιδιότητας των μετάλλων - θερμική αγωγιμότητα, καθώς και στη μελέτη μεθόδων για τη μελέτη της θερμικής αγωγιμότητας.
Αντικείμενο της μελέτης είναι η θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων, καθώς και διάφορες μέθοδοι εργαστηριακής έρευνας.
Αντικείμενο της μελέτης είναι οι συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων.
Προγραμματισμένο αποτέλεσμα – παραγωγή εργαστηριακές εργασίες«Προσδιορισμός του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας μετάλλων» με βάση τη θερμιδομετρική μέθοδο.
Για την επίτευξη αυτού του στόχου, είναι απαραίτητο να επιλυθούν οι ακόλουθες εργασίες:
Μελέτη της θεωρίας της θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων;
Μελέτη μεθόδων για τον προσδιορισμό του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας.
Επιλογή εργαστηριακού εξοπλισμού;
Πειραματικός προσδιορισμός του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων.
Εγκατάσταση εργαστηριακών εργασιών «Προσδιορισμός του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας μετάλλων».
Η εργασία αποτελείται από τρία κεφάλαια στα οποία αποκαλύπτονται οι εργασίες που έχουν ανατεθεί.
Θερμική αγωγιμότητα μετάλλων
Ο νόμος του Φουριέ
Θερμική αγωγιμότητα είναι η μοριακή μεταφορά θερμότητας μεταξύ σωμάτων που έρχονται σε άμεση επαφή ή σωματιδίων του ίδιου σώματος με διαφορετικές θερμοκρασίες, κατά την οποία ανταλλάσσεται η ενέργεια κίνησης των δομικών σωματιδίων (μόρια, άτομα, ελεύθερα ηλεκτρόνια).
Η θερμική αγωγιμότητα καθορίζεται από τη θερμική κίνηση των μικροσωματιδίων του σώματος.
Ο βασικός νόμος της μεταφοράς θερμότητας μέσω θερμικής αγωγιμότητας είναι ο νόμος του Fourier. Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, η ποσότητα θερμότητας dQ που μεταφέρεται από τη θερμική αγωγιμότητα μέσω ενός επιφανειακού στοιχείου dF κάθετου στη ροή θερμότητας κατά τη διάρκεια του χρόνου df είναι ευθέως ανάλογη με τη βαθμίδα θερμοκρασίας, την επιφάνεια dF και τον χρόνο df.
Ο συντελεστής αναλογικότητας l ονομάζεται συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας είναι ένα θερμοφυσικό χαρακτηριστικό μιας ουσίας που χαρακτηρίζει την ικανότητα μιας ουσίας να μεταφέρει τη θερμότητα.
Το σύμβολο μείον στον τύπο (1) υποδεικνύει ότι η θερμότητα μεταφέρεται προς την κατεύθυνση της μείωσης της θερμοκρασίας.
Η ποσότητα θερμότητας που διέρχεται ανά μονάδα χρόνου μέσω μιας μονάδας ισοθερμικής επιφάνειας ονομάζεται ροή θερμότητας:
Ο νόμος του Φουριέ ισχύει για την περιγραφή της θερμικής αγωγιμότητας αερίων, υγρών και στερεών, η διαφορά θα είναι μόνο στους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας.
Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων και η εξάρτησή του από τις παραμέτρους της κατάστασης της ουσίας
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας είναι ένα θερμοφυσικό χαρακτηριστικό μιας ουσίας που χαρακτηρίζει την ικανότητα μιας ουσίας να μεταφέρει τη θερμότητα.
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας είναι η ποσότητα θερμότητας που διέρχεται ανά μονάδα χρόνου από μια μονάδα επιφάνειας, κάθετη στο grad t.
Για διαφορετικές ουσίες, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας είναι διαφορετικός και εξαρτάται από τη δομή, την πυκνότητα, την υγρασία, την πίεση και τη θερμοκρασία. Αυτές οι συνθήκες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη χρήση πινάκων αναζήτησης.
Υψηλότερη τιμήέχει τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων για τα οποία. Το πιο θερμικά αγώγιμο μέταλλο είναι το ασήμι και ακολουθούν ο καθαρός χαλκός, ο χρυσός, το αλουμίνιο κ.λπ. Για τα περισσότερα μέταλλα, η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Αυτή η εξάρτηση μπορεί να προσεγγιστεί κατά προσέγγιση με την ευθύγραμμη εξίσωση
Εδώ l, l0 είναι, αντίστοιχα, οι συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας σε μια δεδομένη θερμοκρασία t και στους 00C, β είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων είναι πολύ ευαίσθητος στις ακαθαρσίες.
Για παράδειγμα, όταν ακόμη και ίχνη αρσενικού εμφανίζονται στον χαλκό, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας μειώνεται από 395 σε 142. για χάλυβα σε 0,1% άνθρακα l = 52, σε 1,0% - l = 40, σε 1,5% άνθρακα l = 36.
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας επηρεάζεται επίσης από τη θερμική επεξεργασία. Έτσι, για τον σκληρυμένο ανθρακούχο χάλυβα, το l είναι 10 - 25% χαμηλότερο από το μαλακό χάλυβα. Για αυτούς τους λόγους, οι συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας των εμπορικών δειγμάτων μετάλλων στις ίδιες θερμοκρασίες μπορεί να διαφέρουν σημαντικά. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα κράματα, σε αντίθεση με τα καθαρά μέταλλα, χαρακτηρίζονται από αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας με την αύξηση της θερμοκρασίας. Δυστυχώς, δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατό να καθοριστούν γενικά ποσοτικά πρότυπα που να διέπουν τη θερμική αγωγιμότητα των κραμάτων.
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των οικοδομικών και θερμομονωτικών υλικών - διηλεκτρικών είναι πολλές φορές μικρότερος από αυτόν των μετάλλων και ανέρχεται σε 0,02 - 3,0. Για τη συντριπτική τους πλειοψηφία (η εξαίρεση είναι το τούβλο από μαγνησίτη), ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε αυτή την περίπτωση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση (3), έχοντας υπόψη ότι για στερεά - διηλεκτρικά, β>0.
Πολλά οικοδομικά και θερμομονωτικά υλικά έχουν πορώδη δομή (τούβλο, σκυρόδεμα, αμίαντος, σκωρία κ.λπ.). Για αυτά και τα υλικά σε σκόνη, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας εξαρτάται σημαντικά από τη χύδην πυκνότητα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι με την αύξηση του πορώδους, το μεγαλύτερο μέρος του όγκου γεμίζει με αέρα, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του οποίου είναι πολύ χαμηλός. Ταυτόχρονα, όσο μεγαλύτερο είναι το πορώδες, τόσο μικρότερη είναι η χύδην πυκνότητα του υλικού. Έτσι, μια μείωση της χύδην πυκνότητας ενός υλικού, με άλλα πράγματα ίσα, οδηγεί σε μείωση του l.
Για παράδειγμα, για τον αμίαντο, μια μείωση της χύδην πυκνότητας από 800 kg/m σε 400 kg/m έχει ως αποτέλεσμα μείωση από 0,248 σε 0,105. Η επίδραση της υγρασίας είναι πολύ μεγάλη. Για παράδειγμα, για ξηρό τούβλο l = 0,35, για υγρό 0,6 και για υγρό τούβλο l = 1,0.
Αυτά τα φαινόμενα πρέπει να δίνονται προσοχή κατά τον προσδιορισμό και τους τεχνικούς υπολογισμούς της θερμικής αγωγιμότητας. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των υγρών σταγονιδίων κυμαίνεται από 0,08 - 0,7. Ταυτόχρονα, για τη συντριπτική πλειοψηφία των υγρών, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Εξαιρούνται το νερό και η γλυκερίνη.
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των αερίων είναι ακόμη χαμηλότερος.
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των αερίων αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Εντός του εύρους των 20 mmHg. έως 2000 στο (bar), δηλ. στην περιοχή που συναντάμε συχνότερα στην πράξη, δεν εξαρτάται από την πίεση. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι για ένα μείγμα αερίων (καυσαέρια, ατμόσφαιρα θερμικών κλιβάνων κ.λπ.) είναι αδύνατο να προσδιοριστεί ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας με υπολογισμό. Επομένως, ελλείψει δεδομένων αναφοράς, μια αξιόπιστη τιμή του l μπορεί να βρεθεί μόνο πειραματικά.
Στην τιμή l< 1 - вещество называют тепловым изолятором.
Για την επίλυση προβλημάτων θερμικής αγωγιμότητας, είναι απαραίτητο να έχουμε πληροφορίες για ορισμένες μακροσκοπικές ιδιότητες (θερμοφυσικές παραμέτρους) μιας ουσίας: συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, πυκνότητα, ειδική θερμοχωρητικότητα.
Επεξήγηση της θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων
Η θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων είναι πολύ υψηλή. Δεν μειώνεται στη θερμική αγωγιμότητα του πλέγματος, επομένως, ένας άλλος μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας πρέπει να λειτουργεί εδώ. Αποδεικνύεται ότι στα καθαρά μέταλλα η θερμική αγωγιμότητα πραγματοποιείται σχεδόν εξ ολοκλήρου λόγω του αερίου ηλεκτρονίων, και μόνο σε πολύ μολυσμένα μέταλλα και κράματα, όπου η αγωγιμότητα είναι χαμηλή, η συμβολή της θερμικής αγωγιμότητας του πλέγματος αποδεικνύεται σημαντική.
Το αριθμητικό χαρακτηριστικό της θερμικής αγωγιμότητας ενός υλικού μπορεί να προσδιοριστεί από την ποσότητα θερμότητας που διέρχεται από ένα υλικό συγκεκριμένου πάχους σε συγκεκριμένο χρόνο. Το αριθμητικό χαρακτηριστικό είναι σημαντικό κατά τον υπολογισμό της θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων προϊόντων προφίλ.
Συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων μετάλλων
Για να συμβεί θερμική αγωγιμότητα, απαιτείται άμεση φυσική επαφή μεταξύ δύο σωμάτων. Αυτό σημαίνει ότι η μεταφορά θερμότητας είναι δυνατή μόνο μεταξύ στερεάκαι στατικά υγρά. Η άμεση επαφή επιτρέπει στην κινητική ενέργεια να μετακινηθεί από τα μόρια της θερμότερης ουσίας προς την ψυχρότερη. Η ανταλλαγή θερμότητας συμβαίνει όταν σώματα διαφορετικών θερμοκρασιών έρχονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους.
Εδώ πρέπει να δώσετε προσοχή στο γεγονός ότι τα μόρια ενός θερμού σώματος δεν μπορούν να διεισδύσουν σε ένα ψυχρό σώμα. Μεταφέρεται μόνο κινητική ενέργεια, η οποία δίνει ομοιόμορφη κατανομή θερμότητας. Αυτή η μεταφορά ενέργειας θα συνεχιστεί μέχρι τα σώματα που έρχονται σε επαφή να ζεσταθούν ομοιόμορφα. Σε αυτή την περίπτωση, επιτυγχάνεται θερμική ισορροπία. Με βάση αυτή τη γνώση, είναι δυνατό να υπολογιστεί ποιο μονωτικό υλικό θα απαιτηθεί για τη θερμομόνωση ενός συγκεκριμένου κτιρίου.
Αναμεταξύ μεγάλη ποσότηταπαράμετροι που χαρακτηρίζουν τα μέταλλα, υπάρχει κάτι όπως η θερμική αγωγιμότητα. Η σημασία του είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί. Αυτή η παράμετρος χρησιμοποιείται κατά τον υπολογισμό εξαρτημάτων και συγκροτημάτων. Για παράδειγμα, κιβώτια ταχυτήτων. Γενικά, ένας ολόκληρος κλάδος της επιστήμης που ονομάζεται θερμοδυναμική ασχολείται με τη θερμική αγωγιμότητα.
Τι είναι η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική αντίσταση
Η θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων μπορεί να χαρακτηριστεί ως εξής - αυτή είναι η ικανότητα των υλικών (αερίου, υγρού κ.λπ.) να μεταφέρουν περίσσεια θερμικής ενέργειας από θερμαινόμενες περιοχές του σώματος σε ψυχρές. Η μεταφορά πραγματοποιείται με ελεύθερα κινούμενα στοιχειώδη σωματίδια, τα οποία περιλαμβάνουν άτομα, ηλεκτρόνια κ.λπ.
Η ίδια η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας συμβαίνει σε οποιοδήποτε σώμα, αλλά η μέθοδος μεταφοράς ενέργειας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από κατάσταση συνάθροισηςσώματα.
Εκτός από αυτό, η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να δοθεί και άλλος ορισμός - είναι μια ποσοτική παράμετρος της ικανότητας ενός σώματος να μεταφέρει θερμική ενέργεια. Εάν συγκρίνουμε θερμικά και ηλεκτρικά δίκτυα, αυτή η έννοια είναι παρόμοια με την ηλεκτρική αγωγιμότητα.
Η ικανότητα ενός φυσικού σώματος να εμποδίζει τη διάδοση των θερμικών δονήσεων των μορίων ονομάζεται θερμική αντίσταση. Παρεμπιπτόντως, ορισμένοι κάνουν ειλικρινά λάθος, μπερδεύοντας αυτήν την έννοια με τη θερμική αγωγιμότητα.
Η έννοια του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας
Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας είναι μια τιμή που ισούται με την ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται μέσω μιας μονάδας επιφάνειας σε ένα δευτερόλεπτο.
Η θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου καθιερώθηκε το 1863. Τότε αποδείχθηκε ότι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, από τα οποία υπάρχουν πάρα πολλά στο μέταλλο, είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά της θερμότητας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων είναι πολύ υψηλότερος από αυτόν των διηλεκτρικών υλικών.
Από τι εξαρτάται η θερμική αγωγιμότητα;
Η θερμική αγωγιμότητα είναι ένα φυσικό μέγεθος και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμέτρους της θερμοκρασίας, της πίεσης και του τύπου της ουσίας. Οι περισσότεροι από τους συντελεστές προσδιορίζονται εμπειρικά. Πολλές μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για αυτό. Τα αποτελέσματα συγκεντρώνονται σε πίνακες αναφοράς, οι οποίοι στη συνέχεια χρησιμοποιούνται σε διάφορους επιστημονικούς και μηχανικούς υπολογισμούς.
Τα σώματα έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες και κατά την εναλλαγή θερμότητας (θερμοκρασία) θα κατανέμεται άνισα. Με άλλα λόγια, πρέπει να γνωρίζετε πώς ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας εξαρτάται από τη θερμοκρασία.
Πολυάριθμα πειράματα δείχνουν ότι για πολλά υλικά η σχέση μεταξύ του συντελεστή και της ίδιας της θερμικής αγωγιμότητας είναι γραμμική.
Η θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων καθορίζεται από το σχήμα του κρυσταλλικού πλέγματος τους.
Από πολλές απόψεις, ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας εξαρτάται από τη δομή του υλικού, το μέγεθος των πόρων και την υγρασία του.
Πότε λαμβάνεται υπόψη ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας;
Οι παράμετροι θερμικής αγωγιμότητας πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή υλικών για κλειστές κατασκευές - τοίχους, οροφές κ.λπ. Σε δωμάτια όπου οι τοίχοι είναι κατασκευασμένοι από υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα, θα είναι αρκετά δροσερό την κρύα εποχή. Ούτε η διακόσμηση του δωματίου θα βοηθήσει. Για να αποφευχθεί αυτό, οι τοίχοι πρέπει να είναι αρκετά χοντροί. Αυτό σίγουρα θα οδηγήσει σε αυξημένο κόστος για υλικά και εργασία.
Γι' αυτό η κατασκευή των τοίχων απαιτεί τη χρήση υλικών με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (ορυκτοβάμβακας, αφρός πολυστυρενίου κ.λπ.).
Δείκτες για χάλυβα
- Σε υλικά αναφοράς για τη θερμική αγωγιμότητα διάφορα υλικάΞεχωριστή θέση καταλαμβάνουν τα στοιχεία που παρουσιάζονται για χάλυβες διαφορετικών ποιοτήτων.
Έτσι, τα υλικά αναφοράς περιέχουν πειραματικά και υπολογισμένα δεδομένα για τους ακόλουθους τύπους κραμάτων χάλυβα:
ανθεκτικό στη διάβρωση και τις υψηλές θερμοκρασίες. - που προορίζονται για την παραγωγή ελατηρίων και εργαλείων κοπής.
- κορεσμένα με πρόσθετα κραμάτων.
Οι πίνακες συνοψίζουν τους δείκτες που συλλέχθηκαν για χάλυβες στο εύρος θερμοκρασίας από -263 έως 1200 βαθμούς.
Οι μέσοι δείκτες αφορούν:
- ανθρακοχάλυβες 50 – 90 W/(m×deg);
- Ανθεκτικά στη διάβρωση, ανθεκτικά στη θερμότητα και στη θερμότητα κράματα ταξινομημένα ως μαρτενσιτικά - από 30 έως 45 W/(m×deg).
- κράματα ταξινομημένα ως ωστενιτικά από 12 έως 22 W/(m×deg).
Αυτά τα υλικά αναφοράς περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες του χυτοσιδήρου.
Συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας κραμάτων αλουμινίου, χαλκού και νικελίου
Κατά τη διεξαγωγή υπολογισμών που σχετίζονται με μη σιδηρούχα μέταλλα και κράματα, οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν υλικά αναφοράς, τοποθετημένα σε ειδικούς πίνακες.
Παρουσιάζουν υλικά για τη θερμική αγωγιμότητα των μη σιδηρούχων μετάλλων και κραμάτων, εκτός από αυτά τα δεδομένα, πληροφορίες σχετικά με χημική σύνθεσηκράματα Οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασίες από 0 έως 600 °C.
Σύμφωνα με τις πληροφορίες που συγκεντρώθηκαν σε αυτά τα υλικά του πίνακα, είναι σαφές ότι τα μη σιδηρούχα μέταλλα με υψηλή θερμική αγωγιμότητα περιλαμβάνουν κράματα με βάση το μαγνήσιο και το νικέλιο. Τα μέταλλα με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα περιλαμβάνουν το nichrome, το invar και μερικά άλλα.
Τα περισσότερα μέταλλα έχουν καλή θερμική αγωγιμότητα, άλλα έχουν περισσότερη, άλλα λιγότερη. Τα μέταλλα με καλή θερμική αγωγιμότητα περιλαμβάνουν χρυσό, χαλκό και μερικά άλλα. Τα υλικά με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα περιλαμβάνουν κασσίτερο, αλουμίνιο κ.λπ.
Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα μπορεί να είναι τόσο πλεονέκτημα όσο και μειονέκτημα. Όλα εξαρτώνται από το πεδίο εφαρμογής. Για παράδειγμα, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα είναι καλή για μαγειρικά σκεύη. Για τη δημιουργία μόνιμων συνδέσεων μεταλλικών μερών χρησιμοποιούνται υλικά με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Υπάρχουν ολόκληρες οικογένειες κραμάτων με βάση τον κασσίτερο.
Μειονεκτήματα της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας του χαλκού και των κραμάτων του
Ο χαλκός έχει πολύ μεγαλύτερη αξία από το αλουμίνιο ή τον ορείχαλκο. Αλλά εν τω μεταξύ, αυτό το υλικό έχει μια σειρά από μειονεκτήματα που συνδέονται με τις θετικές του πτυχές.
Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα αυτού του μετάλλου αναγκάζει τη δημιουργία ειδικών συνθηκών για την επεξεργασία του. Δηλαδή, τα χάλκινα τεμάχια πρέπει να θερμαίνονται με μεγαλύτερη ακρίβεια από τον χάλυβα. Επιπλέον, υπάρχει συχνά προ- ή βοηθητική θέρμανση πριν από την έναρξη της θεραπείας.
Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι οι σωλήνες από χαλκό υποδηλώνουν ότι θα γίνει προσεκτική θερμομόνωση. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τις περιπτώσεις όπου το σύστημα παροχής θέρμανσης συναρμολογείται από αυτούς τους σωλήνες. Αυτό αυξάνει σημαντικά το κόστος των εργασιών εγκατάστασης.
Ορισμένες δυσκολίες προκύπτουν κατά τη χρήση συγκόλλησης αερίου. Για να ολοκληρώσετε τη δουλειά, απαιτείται ένα πιο ισχυρό εργαλείο. Μερικές φορές, για την επεξεργασία χαλκού με πάχος 8 - 10 mm, μπορεί να χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε δύο ή και τρεις φακούς. Σε αυτή την περίπτωση, ένας από αυτούς συγκολλά τον χαλκοσωλήνα και οι υπόλοιποι είναι απασχολημένοι με τη θέρμανση του. Επιπλέον, η εργασία με χαλκό απαιτεί περισσότερα αναλώσιμα.
Η εργασία με χαλκό απαιτεί τη χρήση εξειδικευμένων εργαλείων. Για παράδειγμα, όταν κόβετε εξαρτήματα από μπρούτζο ή ορείχαλκο με πάχος 150 mm, θα χρειαστείτε έναν κόφτη που μπορεί να λειτουργήσει με χάλυβα με μεγάλη ποσότητα χρωμίου. Εάν χρησιμοποιείται για την επεξεργασία του χαλκού, τότε το μέγιστο πάχος δεν θα υπερβαίνει τα 50 mm.
Είναι δυνατόν να αυξηθεί η θερμική αγωγιμότητα του χαλκού;
Πριν από λίγο καιρό, μια ομάδα δυτικών επιστημόνων διεξήγαγε μια σειρά μελετών για την αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας του χαλκού και των κραμάτων του. Για τη δουλειά τους χρησιμοποίησαν μεμβράνες από χαλκό με ένα λεπτό στρώμα γραφενίου εναποτιθέμενο στην επιφάνειά του. Για την εφαρμογή του χρησιμοποιήθηκε τεχνολογία εναπόθεσης αερίου. Κατά τη διάρκεια της έρευνας χρησιμοποιήθηκαν πολλά όργανα που σχεδιάστηκαν για να επιβεβαιώσουν την αντικειμενικότητα των αποτελεσμάτων που προέκυψαν.
Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι το γραφένιο έχει μία από τις υψηλότερες θερμικές αγωγιμότητες. Μετά την εφαρμογή του σε χάλκινο υπόστρωμα, η θερμική αγωγιμότητα έπεσε ελαφρά. Όμως, κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ο χαλκός θερμαίνεται και οι κόκκοι σε αυτόν αυξάνονται, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η διαπερατότητα των ηλεκτρονίων.
Όταν ο χαλκός θερμάνθηκε, αλλά χωρίς την εφαρμογή αυτού του υλικού, οι κόκκοι διατήρησαν το μέγεθός τους.
Ένας από τους σκοπούς του χαλκού είναι να απομακρύνει την περίσσεια θερμότητας από τα ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά διαγράμματα. Η χρήση εναπόθεσης γραφενίου θα λύσει αυτό το πρόβλημα πολύ πιο αποτελεσματικά.
Επίδραση συγκέντρωσης άνθρακα
Οι χάλυβες με χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα έχουν υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται υλικά αυτής της κατηγορίας για την κατασκευή σωλήνων και εξαρτημάτων για αυτό. Η θερμική αγωγιμότητα των χάλυβων αυτού του τύπου κυμαίνεται από 47-54 W/(m×K).
Σημασία στην καθημερινή ζωή και την παραγωγή
Εφαρμογή θερμικής αγωγιμότητας στις κατασκευές
Κάθε υλικό έχει το δικό του δείκτη θερμικής αγωγιμότητας. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή του, τόσο χαμηλότερο είναι το επίπεδο ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ του εξωτερικού και του εσωτερικού περιβάλλοντος. Αυτό σημαίνει ότι ένα κτίριο κατασκευασμένο από υλικό με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα θα είναι ζεστό το χειμώνα και δροσερό το καλοκαίρι.
Κατά την κατασκευή διαφόρων κτιρίων, συμπεριλαμβανομένων των κτιρίων κατοικιών, είναι αδύνατο να γίνει χωρίς γνώση σχετικά με τη θερμική αγωγιμότητα των δομικών υλικών. Κατά το σχεδιασμό κτιριακών κατασκευών, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη δεδομένα σχετικά με τις ιδιότητες υλικών όπως σκυρόδεμα, γυαλί, ορυκτοβάμβακας και πολλά άλλα. Μεταξύ αυτών, η μέγιστη θερμική αγωγιμότητα ανήκει στο σκυρόδεμα, ενώ για το ξύλο είναι 6 φορές μικρότερη.
Συστήματα θέρμανσης
Το βασικό καθήκον κάθε συστήματος θέρμανσης είναι η μεταφορά θερμικής ενέργειας από το ψυκτικό υγρό στις εγκαταστάσεις. Για τέτοια θέρμανση, χρησιμοποιούνται μπαταρίες ή καλοριφέρ. Είναι απαραίτητα για τη μεταφορά θερμικής ενέργειας στα δωμάτια.
- Ένα θερμαντικό σώμα είναι μια δομή στο εσωτερικό που μετακινεί το ψυκτικό υγρό. Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτού του προϊόντος περιλαμβάνουν:
το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο· - τύπος κατασκευής?
- διαστάσεις, συμπεριλαμβανομένου του αριθμού των τμημάτων·
- δείκτες μεταφοράς θερμότητας.
Η μεταφορά θερμότητας είναι η βασική παράμετρος. Το όλο θέμα είναι ότι καθορίζει την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από το καλοριφέρ στο δωμάτιο. Όσο υψηλότερος είναι αυτός ο δείκτης, τόσο μικρότερη θα είναι η απώλεια θερμότητας.
Υπάρχουν πίνακες αναφοράς που καθορίζουν τα υλικά που είναι βέλτιστα για χρήση σε συστήματα θέρμανσης. Από τα στοιχεία που περιέχονται σε αυτά, γίνεται σαφές ότι τα περισσότερα αποτελεσματικό υλικόθεωρείται χαλκός. Όμως, λόγω της υψηλής τιμής του και ορισμένων τεχνολογικών δυσκολιών που σχετίζονται με την επεξεργασία του χαλκού, η δυνατότητα εφαρμογής τους δεν είναι τόσο υψηλή.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο μοντέλα από χάλυβα ή κράματα αλουμινίου. Συχνά χρησιμοποιείται συνδυασμός διαφορετικών υλικών, όπως χάλυβας και αλουμινίου.
Κάθε κατασκευαστής καλοριφέρ, κατά τη σήμανση των τελικών προϊόντων, πρέπει να αναφέρει ένα χαρακτηριστικό όπως η ισχύς εξόδου θερμότητας.
Στην αγορά συστημάτων θέρμανσης μπορείτε να αγοράσετε καλοριφέρ από χυτοσίδηρο, χάλυβα, αλουμίνιο και διμεταλλικό.
Μέθοδοι μελέτης παραμέτρων θερμικής αγωγιμότητας
Κατά τη μελέτη των παραμέτρων θερμικής αγωγιμότητας, πρέπει να θυμόμαστε ότι τα χαρακτηριστικά ενός συγκεκριμένου μετάλλου ή των κραμάτων του εξαρτώνται από τη μέθοδο παραγωγής του. Για παράδειγμα, οι παράμετροι ενός μετάλλου που παράγεται με χύτευση μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από τα χαρακτηριστικά ενός υλικού που κατασκευάζεται με μεθόδους μεταλλουργίας σκόνης. Οι ιδιότητες του ακατέργαστου μετάλλου είναι θεμελιωδώς διαφορετικές από εκείνες που έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία.
Η θερμική αστάθεια, δηλαδή ο μετασχηματισμός των επιμέρους ιδιοτήτων του μετάλλου μετά από έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες, είναι κοινή σχεδόν σε όλα τα υλικά. Για παράδειγμα, τα μέταλλα, μετά από παρατεταμένη έκθεση σε διαφορετικές θερμοκρασίες, μπορούν να φτάσουν διαφορετικά επίπεδαανακρυστάλλωση, και αυτό αντανακλάται στις παραμέτρους θερμικής αγωγιμότητας.
Μπορούμε να πούμε τα εξής: κατά τη διεξαγωγή μελετών παραμέτρων θερμικής αγωγιμότητας, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν δείγματα μετάλλων και των κραμάτων τους σε τυπική και ειδική τεχνολογική κατάσταση, για παράδειγμα, μετά από θερμική επεξεργασία.
Για παράδειγμα, υπάρχουν απαιτήσεις για λείανση μετάλλων για διεξαγωγή έρευνας με χρήση μεθόδων θερμικής ανάλυσης. Πράγματι, μια τέτοια απαίτηση υπάρχει σε πολλές μελέτες. Υπάρχουν επίσης τέτοιες απαιτήσεις - όπως η παραγωγή ειδικών πλακών και πολλές άλλες.
Η μη θερμική σταθερότητα των μετάλλων θέτει μια σειρά από περιορισμούς στη χρήση των μεθόδων θερμοφυσικής έρευνας. Γεγονός είναι ότι αυτή η μέθοδος διεξαγωγής έρευνας απαιτεί θέρμανση των δειγμάτων τουλάχιστον δύο φορές, σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας.
Μία από τις μεθόδους ονομάζεται χαλάρωση-δυναμική. Έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί μετρήσεις μάζας της θερμοχωρητικότητας μετάλλων. Σε αυτή τη μέθοδο, καταγράφεται η μεταβατική καμπύλη της θερμοκρασίας του δείγματος μεταξύ των δύο στατικών καταστάσεων. Αυτή η διαδικασία είναι συνέπεια ενός άλματος στη θερμική ισχύ που εισάγεται στο δείγμα δοκιμής.
Αυτή η μέθοδος μπορεί να ονομαστεί σχετική. Χρησιμοποιεί δείγματα δοκιμής και σύγκρισης. Το κύριο πράγμα είναι ότι τα δείγματα έχουν την ίδια επιφάνεια εκπομπής. Κατά τη διεξαγωγή έρευνας, η θερμοκρασία που επηρεάζει τα δείγματα πρέπει να αλλάζει σταδιακά και όταν φτάσετε στις καθορισμένες παραμέτρους, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Η κατεύθυνση της αλλαγής της θερμοκρασίας και το βήμα της πρέπει να επιλέγονται κατά τρόπο ώστε το δείγμα που προορίζεται για δοκιμή να θερμαίνεται ομοιόμορφα.
Σε αυτές τις στιγμές, οι ροές θερμότητας θα είναι ίσες και ο λόγος μεταφοράς θερμότητας θα προσδιοριστεί ως η διαφορά στους ρυθμούς διακυμάνσεων της θερμοκρασίας.
Μερικές φορές κατά τη διάρκεια αυτών των μελετών, η πηγή έμμεσης θέρμανσης του τεστ και το συγκριτικό δείγμα.
Σε ένα από τα δείγματα μπορεί να δημιουργηθούν επιπλέον θερμικά φορτία σε σύγκριση με το δεύτερο δείγμα.
Ποια μέθοδος μέτρησης θερμικής αγωγιμότητας είναι η καλύτερη για το υλικό σας;
Υπάρχουν μέθοδοι μέτρησης της θερμικής αγωγιμότητας όπως LFA, GHP, HFM και TCT. Διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τα μεγέθη και τις γεωμετρικές παραμέτρους των δειγμάτων που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της θερμικής αγωγιμότητας των μετάλλων.
Αυτές οι συντομογραφίες μπορούν να αποκρυπτογραφηθούν ως εξής:
- GHP (μέθοδος ζώνης θερμής φύλαξης).
- HFM (μέθοδος ροής θερμότητας);
- TCT (μέθοδος θερμού σύρματος).
Οι παραπάνω μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των συντελεστών διαφόρων μετάλλων και των κραμάτων τους. Ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους, μελετούν άλλα υλικά, για παράδειγμα ορυκτά κεραμικά ή πυρίμαχα υλικά.
Τα μεταλλικά δείγματα στα οποία πραγματοποιείται η έρευνα έχουν συνολικές διαστάσεις 12,7 × 12,7 × 2.
Σε πολλούς κλάδους της σύγχρονης βιομηχανίας, ένα υλικό όπως ο χαλκός χρησιμοποιείται πολύ ευρέως. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυτού του μετάλλου είναι πολύ υψηλή. Αυτό εξηγεί τη σκοπιμότητα της χρήσης του κυρίως στην ηλεκτρική μηχανική. Ο χαλκός παράγει αγωγούς με εξαιρετικά χαρακτηριστικά απόδοσης. Φυσικά, αυτό το μέταλλο χρησιμοποιείται όχι μόνο στην ηλεκτρική μηχανική, αλλά και σε άλλες βιομηχανίες. Η απαίτησή του εξηγείται, μεταξύ άλλων, από τις ιδιότητές του όπως η αντοχή στη διάβρωση σε διάφορα επιθετικά περιβάλλοντα, η ανθεκτικότητα, η ολκιμότητα κ.λπ.
Ιστορικό υπόβαθρο
Ο χαλκός είναι μέταλλο γνωστό πρόσωποαπό τα αρχαία χρόνια. Η πρώιμη γνωριμία των ανθρώπων με αυτό το υλικό εξηγείται κυρίως από την ευρεία κατανομή του στη φύση με τη μορφή ψήγματα. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι ο χαλκός ήταν το πρώτο μέταλλο που ανακτήθηκε από τον άνθρωπο από ενώσεις οξυγόνου. Μια φορά κι έναν καιρό, οι βράχοι απλά ζεσταίνονται πάνω από μια φωτιά και ψύχονται απότομα, με αποτέλεσμα να ραγίζουν. Αργότερα άρχισε να γίνεται η αναγωγή του χαλκού στις φωτιές με προσθήκη κάρβουνου και φύσημα με φυσούνα. Η βελτίωση αυτής της μεθόδου οδήγησε τελικά στη δημιουργία αυτού του μετάλλου με τη μέθοδο της οξειδωτικής τήξης των μεταλλευμάτων.
Χαλκός: ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού
Σε μια ήσυχη κατάσταση, όλα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια οποιουδήποτε μετάλλου περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Όταν συνδέεται μια εξωτερική πηγή επιρροής, παρατάσσονται με μια συγκεκριμένη σειρά και γίνονται φορείς ρεύματος. Ο βαθμός στον οποίο ένα μέταλλο μπορεί να περάσει μέσα από τον εαυτό του ονομάζεται ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η μονάδα μέτρησής του στο International SI είναι η Siemens, που ορίζεται ως 1 cm = 1 ohm -1.
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού είναι πολύ υψηλή. Σε αυτόν τον δείκτη, ξεπερνά όλα τα βασικά μέταλλα που είναι γνωστά σήμερα. Μόνο το ασήμι περνάει ρεύμα καλύτερα από αυτό. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού είναι 57x104 cm -1 σε θερμοκρασία +20 °C. Λόγω αυτής της ιδιότητας, αυτό το μέταλλο είναι αυτή τη στιγμήείναι ο πιο κοινός αγωγός από όλους που χρησιμοποιούνται για βιομηχανικούς και οικιακούς σκοπούς.
Ο χαλκός μπορεί να αντέξει πολύ καλά τις σταθερές συνθήκες και είναι επίσης αξιόπιστος και ανθεκτικός. Μεταξύ άλλων, αυτό το μέταλλο χαρακτηρίζεται επίσης από υψηλό σημείο τήξης (1083,4 °C). Και αυτό, με τη σειρά του, επιτρέπει στον χαλκό να λειτουργεί σε θερμαινόμενη κατάσταση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Όσον αφορά την επικράτηση ως αγωγός ρεύματος, μόνο το αλουμίνιο μπορεί να ανταγωνιστεί αυτό το μέταλλο.
Η επίδραση των ακαθαρσιών στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού
Φυσικά, στην εποχή μας, χρησιμοποιούνται πολύ πιο προηγμένες τεχνικές για να μυρίσουν αυτό το κόκκινο μέταλλο από ό,τι στην αρχαιότητα. Ωστόσο, ακόμη και σήμερα είναι σχεδόν αδύνατο να αποκτήσουμε εντελώς καθαρό Cu. Ο χαλκός περιέχει πάντα διάφορους τύπους ακαθαρσιών. Αυτό μπορεί να είναι, για παράδειγμα, πυρίτιο, σίδηρος ή βηρύλλιο. Εν τω μεταξύ, όσο περισσότερες ακαθαρσίες στον χαλκό, τόσο χαμηλότερη είναι η ηλεκτρική του αγωγιμότητα. Για την κατασκευή συρμάτων, για παράδειγμα, μόνο επαρκώς καθαρό μέταλλο είναι κατάλληλο. Σύμφωνα με τους κανονισμούς, για το σκοπό αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί χαλκός με ποσότητα ακαθαρσιών που δεν υπερβαίνει το 0,1%.
Πολύ συχνά αυτό το μέταλλο περιέχει ένα ορισμένο ποσοστό θείου, αρσενικού και αντιμονίου. Η πρώτη ουσία μειώνει σημαντικά την ολκιμότητα του υλικού. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού και του θείου είναι πολύ διαφορετική. Αυτή η ακαθαρσία δεν μεταφέρει καθόλου ρεύμα. Δηλαδή είναι καλός μονωτήρας. Ωστόσο, το θείο δεν έχει ουσιαστικά καμία επίδραση στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού. Το ίδιο ισχύει και για τη θερμική αγωγιμότητα. Με το αντιμόνιο και το αρσενικό παρατηρείται η αντίθετη εικόνα. Αυτά τα στοιχεία μπορούν να μειώσουν σημαντικά την ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού.
Κράματα
Διάφοροι τύποι πρόσθετων μπορούν να χρησιμοποιηθούν ειδικά για την αύξηση της αντοχής ενός τέτοιου όλκιμου υλικού όπως ο χαλκός. Μειώνουν επίσης την ηλεκτρική του αγωγιμότητα. Αλλά η χρήση τους μπορεί να παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής διαφόρων τύπων προϊόντων.
Τις περισσότερες φορές, το Cd (0,9%) χρησιμοποιείται ως πρόσθετο για την αύξηση της αντοχής του χαλκού. Το αποτέλεσμα είναι χάλκινο κάδμιο. Η αγωγιμότητά του είναι 90% αυτής του χαλκού. Μερικές φορές το αλουμίνιο χρησιμοποιείται επίσης ως πρόσθετο αντί για κάδμιο. Η αγωγιμότητα αυτού του μετάλλου είναι 65% αυτής του χαλκού. Για να αυξηθεί η αντοχή των συρμάτων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν άλλα υλικά και ουσίες με τη μορφή προσθέτων - κασσίτερος, φώσφορος, χρώμιο, βηρύλλιο. Το αποτέλεσμα είναι χάλκινο συγκεκριμένου βαθμού. Ο συνδυασμός χαλκού και ψευδαργύρου ονομάζεται ορείχαλκος.
Χαρακτηριστικά κράματος
Μπορεί να εξαρτάται όχι μόνο από την ποσότητα των ακαθαρσιών που υπάρχουν σε αυτά, αλλά και από άλλους δείκτες. Για παράδειγμα, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία θέρμανσης, μειώνεται η ικανότητα του χαλκού να διέρχεται ρεύμα από τον εαυτό του. Ακόμη και η μέθοδος κατασκευής του επηρεάζει την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός τέτοιου σύρματος. Στην καθημερινή ζωή και στην παραγωγή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο μαλακοί αγωγοί χαλκού, όσο και αγωγοί με σκληρή έλξη. Η πρώτη ποικιλία έχει μεγαλύτερη ικανότητα να διέρχεται ρεύμα από τον εαυτό της.
Ωστόσο, τα πρόσθετα που χρησιμοποιούνται και η ποσότητα τους έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού. Ο παρακάτω πίνακας παρέχει στον αναγνώστη ολοκληρωμένες πληροφορίες σχετικά με την τρέχουσα ικανότητα μεταφοράς των πιο κοινών κραμάτων αυτού του μετάλλου.
Κράμα | Κατάσταση (Ο - ανόπτηση, Τ - σκληρή έλξη) | Ηλεκτρική αγωγιμότητα (%) |
Καθαρός χαλκός | ||
Χάλκινος κασσίτερος (0,75%) | ||
Χάλκινο κάδμιο (0,9%) | ||
Χάλκινο αλουμίνιο (2,5% A1, 2% Sn) | ||
Χάλκινος φώσφορος (7% Sn, 0,1% P) | ||
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του ορείχαλκου και του χαλκού είναι συγκρίσιμη. Ωστόσο, για το πρώτο μέταλλο αυτό το ποσοστό είναι, φυσικά, ελαφρώς χαμηλότερο. Ταυτόχρονα όμως είναι υψηλότερο από αυτό των χάλκινων. Ο ορείχαλκος χρησιμοποιείται αρκετά ευρέως ως αγωγός. Περνάει ρεύμα χειρότερο από τον χαλκό, αλλά ταυτόχρονα κοστίζει λιγότερο. Τις περισσότερες φορές, οι επαφές, οι σφιγκτήρες και διάφορα εξαρτήματα για ραδιοεξοπλισμό κατασκευάζονται από ορείχαλκο.
Κράματα χαλκού υψηλής αντοχής
Τέτοια υλικά αγωγών χρησιμοποιούνται κυρίως στην κατασκευή αντιστάσεων, ρεοστατών, οργάνων μέτρησης και ηλεκτρικών συσκευών θέρμανσης. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κράματα χαλκού για το σκοπό αυτό είναι η κονταντάνη και η μαγγανίνη. Η ειδική ειδική αντίσταση του πρώτου (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) είναι 0,42-0,48 μOhm/m και του δεύτερου (60% Cu, 40% Ni) είναι 0,48-0,52 μOhm/m.
Σχέση με συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας
Χαλκός - 59.500.000 S/m. Αυτός ο δείκτης, όπως ήδη αναφέρθηκε, είναι σωστός, ωστόσο, μόνο σε θερμοκρασία +20 o C. Υπάρχει μια ορισμένη σύνδεση μεταξύ του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας οποιουδήποτε μετάλλου και της ειδικής αγωγιμότητας. Καθιερώνεται από το νόμο Wiedemann-Franz. Εκτελείται για μέταλλα σε υψηλές θερμοκρασίες και εκφράζεται με τον ακόλουθο τύπο: K/γ = π 2 / 3 (k/e) 2 T, όπου y είναι η ειδική αγωγιμότητα, k είναι η σταθερά Boltzmann, e είναι το στοιχειώδες φορτίο .
Φυσικά, παρόμοια σύνδεση υπάρχει για ένα μέταλλο όπως ο χαλκός. Η θερμική αγωγιμότητα και η ηλεκτρική του αγωγιμότητα είναι πολύ υψηλές. Βρίσκεται στη δεύτερη θέση μετά το ασήμι και στους δύο αυτούς δείκτες.
Σύνδεση συρμάτων χαλκού και αλουμινίου
ΣΕ πρόσφαταΗλεκτρικός εξοπλισμός ολοένα και μεγαλύτερης ισχύος άρχισε να χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή και τη βιομηχανία. Κατά τη σοβιετική εποχή, οι καλωδιώσεις κατασκευάζονταν κυρίως από φθηνό αλουμίνιο. Δυστυχώς, τα χαρακτηριστικά απόδοσης του δεν ανταποκρίνονται πλέον στις νέες απαιτήσεις. Ως εκ τούτου, σήμερα στην καθημερινή ζωή και στη βιομηχανία αλλάζουν πολύ συχνά σε χαλκό. Το κύριο πλεονέκτημα των τελευταίων, εκτός από την ανθεκτικότητα, είναι ότι κατά τη διαδικασία της οξείδωσης δεν μειώνονται οι αγώγιμες ιδιότητες τους.
Συχνά κατά τον εκσυγχρονισμό των ηλεκτρικών δικτύων, πρέπει να συνδέονται καλώδια αλουμινίου και χαλκού. Αυτό δεν μπορεί να γίνει άμεσα. Στην πραγματικότητα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αλουμινίου και του χαλκού δεν διαφέρει πάρα πολύ. Αλλά μόνο για αυτά τα μέταλλα. Οι οξειδωτικές μεμβράνες αλουμινίου και χαλκού έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Εξαιτίας αυτού, η αγωγιμότητα στη διασταύρωση μειώνεται σημαντικά. Το φιλμ οξείδωσης του αλουμινίου έχει πολύ μεγαλύτερη αντίσταση από αυτό του χαλκού. Επομένως, η σύνδεση αυτών των δύο τύπων αγωγών πρέπει να γίνεται αποκλειστικά μέσω ειδικών προσαρμογέων. Αυτά θα μπορούσαν να είναι, για παράδειγμα, σφιγκτήρες που περιέχουν μια πάστα που προστατεύει τα μέταλλα από την εμφάνιση οξειδίου. Αυτή η επιλογή προσαρμογέα χρησιμοποιείται συνήθως σε εξωτερικούς χώρους. Οι συμπιεστές διακλαδώσεων χρησιμοποιούνται συχνότερα σε εσωτερικούς χώρους. Ο σχεδιασμός τους περιλαμβάνει μια ειδική πλάκα που εξαλείφει την άμεση επαφή μεταξύ αλουμινίου και χαλκού. Εάν τέτοιοι αγωγοί δεν είναι διαθέσιμοι στο σπίτι, αντί να στρίβετε απευθείας τα καλώδια, συνιστάται η χρήση ροδέλας και παξιμαδιού ως ενδιάμεση «γέφυρα».
Φυσικές ιδιότητες
Έτσι, ανακαλύψαμε τι ηλεκτρική αγωγιμότητα έχει ο χαλκός. Αυτός ο δείκτης μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τις ακαθαρσίες που περιέχονται στο μέταλλο. Ωστόσο, η ζήτηση για χαλκό στη βιομηχανία καθορίζεται και από τις άλλες χρήσιμες ιδιότητές του. φυσικές ιδιότητες, πληροφορίες για το οποίο μπορείτε να λάβετε από τον παρακάτω πίνακα.
Παράμετρος | Εννοια |
Επικεντρωμένο κυβικό, a=3,6074 Å |
|
Ατομική ακτίνα | |
Ειδική θερμότητα | 385,48 J/(kg K) στους +20 o C |
Θερμική αγωγιμότητα | 394.279 W/(m K) στους +20 o C |
Ηλεκτρική αντίσταση | 1,68 10-8 Ohm m |
Γραμμικός συντελεστής διαστολής | |
Σκληρότητα | |
Αντοχή σε εφελκυσμό |
Χημικές ιδιότητες
Σύμφωνα με αυτά τα χαρακτηριστικά, ο χαλκός, του οποίου η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα είναι πολύ υψηλή, καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των στοιχείων της πρώτης τριάδας της όγδοης ομάδας και των αλκαλικών στοιχείων της πρώτης ομάδας του περιοδικού πίνακα. Οι κύριες χημικές του ιδιότητες περιλαμβάνουν:
τάση για σχηματισμό συμπλεγμάτων.
ικανότητα παραγωγής έγχρωμων ενώσεων και αδιάλυτων σουλφιδίων.
Το πιο χαρακτηριστικό του χαλκού είναι η δισθενής κατάσταση. Δεν έχει σχεδόν καμία ομοιότητα με τα αλκαλικά μέταλλα. Η χημική του δράση είναι επίσης χαμηλή. Παρουσία CO 2 ή υγρασίας, σχηματίζεται ένα πράσινο ανθρακικό φιλμ στην επιφάνεια του χαλκού. Όλα τα άλατα χαλκού είναι τοξικές ουσίες. Στη μονο- και δισθενή κατάσταση, αυτό το μέταλλο σχηματίζει πολύ σταθερές ενώσεις αμμωνίας που έχουν τη μεγαλύτερη σημασία για τη βιομηχανία.
Πεδίο χρήσης
Η υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού καθορίζει την ευρεία χρήση του σε μια μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών. Φυσικά, αυτό το μέταλλο χρησιμοποιείται συχνότερα στην ηλεκτρική μηχανική. Ωστόσο, αυτό απέχει πολύ από το μόνο πεδίο εφαρμογής του. Μεταξύ άλλων, ο χαλκός μπορεί να χρησιμοποιηθεί:
σε κοσμήματα?
στην αρχιτεκτονική?
κατά τη συναρμολόγηση συστημάτων υδραυλικών και θέρμανσης.
σε αγωγούς αερίου.
Για την παραγωγή διαφόρων τύπων κοσμήματαΧρησιμοποιείται κυρίως κράμα χαλκού και χρυσού. Αυτό σας επιτρέπει να αυξήσετε την αντίσταση των κοσμημάτων στην παραμόρφωση και την τριβή. Στην αρχιτεκτονική, ο χαλκός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επένδυση στεγών και προσόψεων. Το κύριο πλεονέκτημα αυτού του φινιρίσματος είναι η ανθεκτικότητα. Για παράδειγμα, η οροφή ενός γνωστού αρχιτεκτονικού ορόσημου - του Καθολικού Καθεδρικού Ναού στη γερμανική πόλη Hildesheim - είναι επενδυμένη με φύλλα από το συγκεκριμένο μέταλλο. Η χάλκινη οροφή αυτού του κτιρίου προστατεύει αξιόπιστα το εσωτερικό του για σχεδόν 700 χρόνια.
Μηχανικές επικοινωνίες
Τα κύρια πλεονεκτήματα των χάλκινων σωλήνων νερού είναι επίσης η ανθεκτικότητα και η αξιοπιστία. Επιπλέον, αυτό το μέταλλο είναι ικανό να προσδώσει ειδικές μοναδικές ιδιότητες στο νερό, καθιστώντας το ευεργετικό για τον οργανισμό. Για τη συναρμολόγηση αγωγών αερίου και συστημάτων θέρμανσης σωλήνες χαλκούείναι επίσης ιδανικά - κυρίως λόγω της αντοχής στη διάβρωση και της ολκιμότητας τους. Σε περίπτωση έκτακτης αύξησης της πίεσης, τέτοιες γραμμές μπορούν να αντέξουν πολύ μεγαλύτερο φορτίο από τις χαλύβδινες. Το μόνο μειονέκτημα των αγωγών χαλκού είναι το υψηλό κόστος τους.