गरम- यह ऊर्जा के उन रूपों में से एक है जो पदार्थ में परमाणुओं की गति में निहित है। हम इस गति की ऊर्जा को थर्मामीटर से मापते हैं, हालाँकि सीधे तौर पर नहीं।
अन्य सभी प्रकार की ऊर्जा की तरह, ऊष्मा को एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित किया जा सकता है। ऐसा हमेशा तब होता है जब अलग-अलग तापमान के पिंड होते हैं। इसके अलावा, उन्हें संपर्क में रहने की भी आवश्यकता नहीं है, क्योंकि गर्मी स्थानांतरित करने के कई तरीके हैं। अर्थात्:

ऊष्मीय चालकता।यह दो पिंडों के सीधे संपर्क के माध्यम से ऊष्मा का स्थानांतरण है। (केवल एक ही पिंड हो सकता है यदि उसके हिस्से अलग-अलग तापमान के हों।) इसके अलावा, पिंडों के बीच तापमान का अंतर जितना अधिक होगा और उनके संपर्क का क्षेत्र जितना बड़ा होगा, हर सेकंड उतनी ही अधिक गर्मी स्थानांतरित होगी। इसके अलावा, स्थानांतरित गर्मी की मात्रा सामग्री पर निर्भर करती है - उदाहरण के लिए, अधिकांश धातुएं अच्छी तरह से गर्मी का संचालन करती हैं, लेकिन लकड़ी और प्लास्टिक बहुत खराब हैं। ऊष्मा स्थानांतरित करने की इस क्षमता को दर्शाने वाली मात्रा को तापीय चालकता (अधिक सही ढंग से, तापीय चालकता गुणांक) भी कहा जाता है, जिससे कुछ भ्रम पैदा हो सकता है।

यदि किसी सामग्री की तापीय चालकता को मापना आवश्यक है, तो यह आमतौर पर निम्नलिखित प्रयोग में किया जाता है: एक छड़ी रुचि की सामग्री से बनाई जाती है और एक छोर को एक तापमान पर और दूसरे को एक अलग तापमान पर बनाए रखा जाता है, उदाहरण के लिए कम, तापमान. उदाहरण के लिए, चलो ठंडा अंतबर्फ के साथ पानी में रखा जाएगा - इस तरह एक स्थिर तापमान बनाए रखा जाएगा, और बर्फ पिघलने की दर को मापकर कोई प्राप्त गर्मी की मात्रा का अनुमान लगा सकता है। गर्मी की मात्रा (या बल्कि, शक्ति) को तापमान के अंतर और रॉड के क्रॉस-सेक्शन से विभाजित करके और इसकी लंबाई से गुणा करके, हम थर्मल चालकता गुणांक प्राप्त करते हैं, जिसे ऊपर से निम्नानुसार मापा जाता है, जे * एम / के में *m2*s अर्थात W/K*m में। नीचे आप कुछ सामग्रियों की तापीय चालकता की एक तालिका देख सकते हैं।

सामग्री	तापीय चालकता, डब्ल्यू/(एम के)
डायमंड	1001—2600
चाँदी	430
ताँबा	401
बेरिलियम ऑक्साइड	370
सोना	320
अल्युमीनियम	202—236
सिलिकॉन	150
पीतल	97—111
क्रोमियम	107
लोहा	92
प्लैटिनम	70
टिन	67
ज़िंक ऑक्साइड	54
इस्पात	47
एल्युमिनियम ऑक्साइड	40
क्वार्ट्ज	8
ग्रेनाइट	2,4
ठोस कंक्रीट	1,75
बाजालत	1,3
काँच	1-1,15
थर्मल पेस्ट केपीटी-8	0,7
सामान्य परिस्थितियों में पानी	0,6
निर्माण ईंट	0,2—0,7
लकड़ी	0,15
पेट्रोलियम तेल	0,12
ताजा बर्फ	0,10—0,15
ग्लास वुल	0,032-0,041
स्टोन वूल	0,034-0,039
वायु (300 के, 100 केपीए)	0,022

जैसा कि देखा जा सकता है, तापीय चालकता परिमाण के कई क्रमों से भिन्न होती है। हीरा और कुछ धातु ऑक्साइड आश्चर्यजनक रूप से अच्छी तरह से गर्मी का संचालन करते हैं (अन्य डाइलेक्ट्रिक्स की तुलना में); हवा, बर्फ और केपीटी -8 थर्मल पेस्ट खराब तरीके से गर्मी का संचालन करते हैं।

लेकिन हम यह सोचने के आदी हैं कि हवा अच्छी तरह से गर्मी का संचालन करती है, लेकिन रूई ऐसा नहीं करती है, हालांकि इसमें 99% हवा हो सकती है। बात यह है संवहन.गर्म हवा ठंडी हवा की तुलना में हल्की होती है और ऊपर की ओर "तैरती" है, जिससे गर्म या बहुत ठंडे शरीर के चारों ओर लगातार हवा का संचार होता है। संवहन परिमाण के क्रम से गर्मी हस्तांतरण में सुधार करता है: इसके बिना, पानी के एक पैन को लगातार हिलाए बिना उबालना बहुत मुश्किल होगा। और गर्म होने पर पानी 0°C से 4°C तक होता है सिकुड़ता, जो सामान्य दिशा से विपरीत दिशा में संवहन की ओर ले जाता है। इससे यह तथ्य सामने आता है कि, हवा के तापमान की परवाह किए बिना, गहरी झीलों के तल पर तापमान हमेशा 4°C पर सेट होता है।

गर्मी हस्तांतरण को कम करने के लिए, थर्मोसेस की दीवारों के बीच की जगह से हवा को बाहर निकाला जाता है। लेकिन यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हवा की तापीय चालकता 0.01 मिमी एचजी तक के दबाव पर बहुत कम निर्भर करती है, यानी गहरे वैक्यूम की सीमा। इस घटना को गैसों के सिद्धांत द्वारा समझाया गया है।

ऊष्मा स्थानांतरण की एक अन्य विधि विकिरण है। सभी पिंड रूप में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं विद्युत चुम्बकीय तरंगें, लेकिन केवल वे ही जो पर्याप्त रूप से गर्म (~600°C) हैं, दृश्यमान सीमा में उत्सर्जन करते हैं। विकिरण शक्ति, कमरे के तापमान पर भी, काफी अधिक है - लगभग 40 मेगावाट प्रति 1 सेमी 2। मानव शरीर के सतह क्षेत्र (~1m2) के संदर्भ में, यह 400W होगा। एकमात्र राहत की बात यह है कि हमारे सामान्य वातावरण में, हमारे आस-पास के सभी शरीर भी लगभग समान शक्ति के साथ उत्सर्जन करते हैं। वैसे, कानून के अनुसार, विकिरण शक्ति दृढ़ता से तापमान (टी 4 के रूप में) पर निर्भर करती है स्टीफन-बोल्ट्जमान. गणना से पता चलता है कि, उदाहरण के लिए, 0 डिग्री सेल्सियस पर थर्मल विकिरण की शक्ति 27 डिग्री सेल्सियस की तुलना में लगभग डेढ़ गुना कमजोर है।

तापीय चालकता के विपरीत, विकिरण पूर्ण निर्वात में फैल सकता है - यह इसके लिए धन्यवाद है कि पृथ्वी पर रहने वाले जीवों को सूर्य की ऊर्जा प्राप्त होती है। यदि विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण अवांछनीय है, तो इसे ठंडी और गर्म वस्तुओं के बीच अपारदर्शी विभाजन रखकर कम किया जाता है, या सतह को एक पतली परत से ढककर विकिरण के अवशोषण (और उत्सर्जन, वैसे, बिल्कुल उसी सीमा तक) को कम किया जाता है। धातु की दर्पण परत, उदाहरण के लिए, चांदी।

• तापीय चालकता पर डेटा विकिपीडिया से लिया गया था, और वे वहां संदर्भ पुस्तकों से प्राप्त हुए जैसे:

• "भौतिक मात्राएँ" संस्करण। आई. एस. ग्रिगोरिएवा
• केमेस्ट्री और फ़ीजिक्स के लिए सीआरसी हैंडबुक

• तापीय चालकता का अधिक कठोर विवरण भौतिकी की पाठ्यपुस्तक में पाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, डी.वी. सिवुखिन द्वारा लिखित "सामान्य भौतिकी" (खंड 2)। खंड 4 में तापीय विकिरण (स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन कानून सहित) को समर्पित एक अध्याय है

पेज 3

साधारण इनेमल के साथ भी इनेमल कोटिंग की तापीय चालकता काफी कम है, - 0 8 - 1 0 वाट प्रति मीटर डिग्री। तुलना के लिए: लोहे की तापीय चालकता 65 है; स्टील - 70 - 80; तांबा - 330 वाट प्रति मीटर डिग्री। यदि इनेमल में गैस के बुलबुले हैं, जिससे इसके स्पष्ट घनत्व में कमी आती है, तो तापीय चालकता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, 2.48 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर के तामचीनी घनत्व के साथ, तापीय चालकता 1.18 वाट प्रति मीटर डिग्री के बराबर है, फिर 2.20 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर के स्पष्ट घनत्व के साथ, तापीय चालकता पहले से ही 0.46 वाट प्रति मीटर के बराबर है मीटर डिग्री.  

एल्यूमीनियम के क्रिस्टल जाली में, कई अन्य धातुओं की तरह, चेहरा-केंद्रित क्यूब्स होते हैं (पेज देखें। एल्यूमीनियम की तापीय चालकता लोहे की तापीय चालकता से दोगुनी है और तांबे की तापीय चालकता के आधे के बराबर है। इसकी विद्युत चालकता तुलना में बहुत अधिक है) लोहे की विद्युत चालकता और तांबे की विद्युत चालकता का 60% तक पहुँच जाता है।  

कुछ क्रोमियम कच्चा लोहा की संरचना और यांत्रिक गुण।

मिश्रधातु में सिकुड़न गुहाओं के बनने की संभावना बहुत अधिक होती है। मिश्र धातु की तापीय चालकता लोहे की तापीय चालकता का लगभग आधा है, जिसे क्रोमियम कच्चा लोहा से तापीय उपकरण बनाते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए।  

तांबे की आर्क वेल्डिंग करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि तांबे की तापीय चालकता लोहे की तापीय चालकता से लगभग छह गुना अधिक है। तांबे की ताकत इतनी कम हो जाती है कि हल्के प्रभाव से भी दरारें पड़ जाती हैं। तांबा 1083 C के तापमान पर पिघलता है।  

टाइटेनियम की लोच का मापांक लोहे के लगभग आधा है, तांबे के मिश्र धातुओं के समान स्तर पर है और एल्यूमीनियम की तुलना में काफी अधिक है। टाइटेनियम की तापीय चालकता कम है: यह एल्यूमीनियम की तापीय चालकता का लगभग 7% और लोहे की तापीय चालकता का 16-5% है। दबाव उपचार और वेल्डिंग के लिए धातु को गर्म करते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। टाइटेनियम का विद्युत प्रतिरोध लोहे की तुलना में लगभग 6 गुना और एल्यूमीनियम की तुलना में 20 गुना अधिक है।  

टाइटेनियम की लोच का मापांक लोहे के लगभग आधा है, तांबे मिश्र धातुओं के मापांक के बराबर है और एल्यूमीनियम की तुलना में काफी अधिक है। टाइटेनियम की तापीय चालकता कम है: यह एल्यूमीनियम की तापीय चालकता का लगभग 7% और लोहे की तापीय चालकता का 16-5% है।  

इस सामग्री में संतोषजनक यांत्रिक शक्ति है और मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों के अपवाद के साथ, लगभग सभी, यहां तक ​​कि सबसे आक्रामक रासायनिक अभिकर्मकों के लिए असाधारण रूप से उच्च रासायनिक प्रतिरोध है। इसके अलावा, यह अपनी उच्च तापीय चालकता में अन्य सभी गैर-धातु सामग्रियों से भिन्न है, जो लोहे की तापीय चालकता से दोगुनी से भी अधिक है।  

इन सभी आवश्यकताओं को कम कार्बन सामग्री वाले लौह, कार्बन और कम मिश्र धातु संरचनात्मक स्टील्स द्वारा पूरा किया जाता है: लोहे का पिघलने बिंदु 1535 सी है, दहन 1200 सी है, लौह ऑक्साइड का पिघलने बिंदु 1370 सी है। ऑक्सीकरण का थर्मल प्रभाव प्रतिक्रियाएँ काफी अधिक हैं: 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, और लोहे की तापीय चालकता सीमित है .  

टाइटेनियम और उसके मिश्र धातु, उनके उच्च भौतिक गुणों के कारण, रासायनिक गुणविमानन और रॉकेट प्रौद्योगिकी, रसायन इंजीनियरिंग, उपकरण निर्माण, जहाज निर्माण और मैकेनिकल इंजीनियरिंग, खाद्य और अन्य उद्योगों में संरचनात्मक सामग्री के रूप में इसका तेजी से उपयोग किया जा रहा है। टाइटेनियम स्टील की तुलना में लगभग दो गुना हल्का है, इसका घनत्व 4.5 ग्राम/सेमी3 है, इसमें उच्च यांत्रिक गुण हैं, सामान्य और उच्च तापमान पर संक्षारण प्रतिरोध है और कई सक्रिय वातावरण में, टाइटेनियम की थर्मल चालकता थर्मल से लगभग चार गुना कम है लोहे की चालकता.  

इन समाधानों में से एक यह है कि ठंडी सतह पर पाइप के घाव को केवल इस सतह पर वेल्ड किया जाता है, जिसके बाद पाइप और आवरण के बीच के जोड़ को लोहे के पाउडर के साथ मिश्रित एपॉक्सी राल के साथ लेपित किया जाता है। मिश्रण की तापीय चालकता लोहे की तापीय चालकता के करीब है। परिणामस्वरूप, आवरण और पाइप के बीच अच्छा थर्मल संपर्क बनता है, जो आवरण की शीतलन स्थितियों में सुधार करता है।  

ये सभी शर्तें लौह और कार्बन स्टील से पूरी होती हैं। FeO और Fe304 ऑक्साइड 1350 और 1400 C के तापमान पर पिघलते हैं। लोहे की तापीय चालकता अन्य संरचनात्मक सामग्रियों की तुलना में अधिक नहीं होती है।  

कम तापमान पर काम करने वाली धातुओं के लिए, यह भी बहुत महत्वपूर्ण है कि तापमान परिवर्तन के साथ उनकी तापीय चालकता कैसे बदलती है। स्टील की तापीय चालकता घटते तापमान के साथ बढ़ती है। शुद्ध लोहा तापमान परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील होता है। अशुद्धियों की मात्रा के आधार पर, लोहे की तापीय चालकता नाटकीय रूप से बदल सकती है। शुद्ध लोहा (99 7%), जिसमें 0 01% C और 0 21% O2 होता है, उसकी तापीय चालकता 0 35 cal सेमी-1 s - 19 C - - 173 C और 0 85 cal सेमी - x Xc - 10 C होती है। - -243 C पर।  

सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला सोल्डरिंग सोल्डरिंग आयरन, गैस टॉर्च, पिघले हुए सोल्डर में विसर्जन और ओवन में होता है। इसके उपयोग में सीमाएं केवल इस तथ्य के कारण होती हैं कि एक टांका लगाने वाला लोहा केवल 350 सी के तापमान पर पतली दीवार वाले भागों को मिलाप कर सकता है। बड़े हिस्से, उनकी उच्च तापीय चालकता के कारण, जो लोहे की तापीय चालकता से 6 गुना अधिक है , गैस टॉर्च से टांका लगाया जाता है। ट्यूबलर कॉपर हीट एक्सचेंजर्स के लिए, पिघले हुए लवण और सोल्डर में डुबो कर सोल्डरिंग का उपयोग किया जाता है। पिघले हुए नमक में डुबो कर सोल्डरिंग करते समय, आमतौर पर नमक स्नान भट्टियों का उपयोग किया जाता है। लवण आमतौर पर गर्मी के स्रोत के रूप में काम करते हैं और फ्लक्सिंग प्रभाव डालते हैं, इसलिए सोल्डरिंग के दौरान अतिरिक्त फ्लक्सिंग की आवश्यकता नहीं होती है। डिप सोल्डरिंग में, पूर्व-फ्लक्स्ड भागों को पिघले हुए सोल्डर में गर्म किया जाता है, जो सोल्डरिंग तापमान पर संयुक्त अंतराल को भर देता है। सोल्डर दर्पण की रक्षा सक्रिय कार्बनया अक्रिय गैस. नमक स्नान में सोल्डरिंग का नुकसान यह है कि कुछ मामलों में अवशिष्ट लवण या फ्लक्स को हटाना असंभव है।  

परिचय

धातुओं की तापीय चालकता का निर्धारण कुछ क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, उदाहरण के लिए, धातु विज्ञान, रेडियो इंजीनियरिंग, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और निर्माण में। वर्तमान में, कई अलग-अलग विधियाँ हैं जिनका उपयोग धातुओं की तापीय चालकता निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।

यह कार्य धातुओं की मुख्य संपत्ति - तापीय चालकता के अध्ययन के साथ-साथ तापीय चालकता का अध्ययन करने के तरीकों के अध्ययन के लिए समर्पित है।

अध्ययन का उद्देश्य धातुओं की तापीय चालकता, साथ ही प्रयोगशाला अनुसंधान के विभिन्न तरीके हैं।

अध्ययन का विषय धातुओं की तापीय चालकता गुणांक है।

नियोजित परिणाम - उत्पादन प्रयोगशाला कार्यकैलोरिमेट्रिक विधि के आधार पर "धातुओं की तापीय चालकता गुणांक का निर्धारण"।

इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित कार्यों को हल करना आवश्यक है:

धातुओं की तापीय चालकता के सिद्धांत का अध्ययन;

तापीय चालकता गुणांक निर्धारित करने के तरीकों का अध्ययन;

प्रयोगशाला उपकरणों का चयन;

धातुओं की तापीय चालकता गुणांक का प्रायोगिक निर्धारण;

प्रयोगशाला कार्य की स्थापना "धातुओं की तापीय चालकता गुणांक का निर्धारण।"

कार्य में तीन अध्याय हैं जिनमें सौंपे गए कार्यों का खुलासा किया गया है।

धातुओं की तापीय चालकता

फूरियर का नियम

तापीय चालकता विभिन्न तापमान वाले सीधे संपर्क करने वाले पिंडों या एक ही पिंड के कणों के बीच ऊष्मा का आणविक स्थानांतरण है, जिसके दौरान संरचनात्मक कणों (अणुओं, परमाणुओं, मुक्त इलेक्ट्रॉनों) की गति की ऊर्जा का आदान-प्रदान होता है।

तापीय चालकता शरीर के सूक्ष्म कणों की तापीय गति से निर्धारित होती है।

तापीय चालकता द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण का मूल नियम फूरियर का नियम है। इस नियम के अनुसार, समय df के दौरान ऊष्मा प्रवाह के लंबवत सतह तत्व dF के माध्यम से तापीय चालकता द्वारा स्थानांतरित ऊष्मा dQ की मात्रा तापमान प्रवणता, सतह dF और समय df के सीधे आनुपातिक होती है।

आनुपातिकता गुणांक l को तापीय चालकता गुणांक कहा जाता है। तापीय चालकता गुणांक किसी पदार्थ की एक थर्मोफिजिकल विशेषता है जो किसी पदार्थ की गर्मी का संचालन करने की क्षमता को दर्शाती है।

सूत्र (1) में ऋण चिह्न इंगित करता है कि ताप घटते तापमान की दिशा में स्थानांतरित होता है।

समतापीय सतह की एक इकाई के माध्यम से प्रति इकाई समय में पारित ऊष्मा की मात्रा को ऊष्मा प्रवाह कहा जाता है:

फूरियर का नियम गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की तापीय चालकता का वर्णन करने के लिए लागू होता है; अंतर केवल तापीय चालकता गुणांक में होगा।

धातुओं की तापीय चालकता गुणांक और पदार्थ की स्थिति के मापदंडों पर इसकी निर्भरता

तापीय चालकता गुणांक किसी पदार्थ की एक थर्मोफिजिकल विशेषता है जो किसी पदार्थ की गर्मी का संचालन करने की क्षमता को दर्शाती है।

तापीय चालकता गुणांक ग्रेड टी के लंबवत एक इकाई क्षेत्र से प्रति इकाई समय गुजरने वाली ऊष्मा की मात्रा है।

विभिन्न पदार्थों के लिए, तापीय चालकता गुणांक भिन्न होता है और संरचना, घनत्व, आर्द्रता, दबाव और तापमान पर निर्भर करता है। लुकअप तालिकाओं का उपयोग करते समय इन परिस्थितियों को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

उच्चतम मूल्यजिसके लिए धातुओं की तापीय चालकता गुणांक है। सबसे अधिक ऊष्मा प्रवाहकीय धातु चांदी है, इसके बाद शुद्ध तांबा, सोना, एल्युमीनियम आदि आते हैं। अधिकांश धातुओं के लिए, तापमान में वृद्धि से तापीय चालकता गुणांक में कमी आती है। इस निर्भरता का अनुमान लगभग सीधी रेखा समीकरण द्वारा लगाया जा सकता है

यहां l, l0 क्रमशः दिए गए तापमान t पर तापीय चालकता गुणांक हैं और 00C पर, β तापमान गुणांक है। धातुओं का तापीय चालकता गुणांक अशुद्धियों के प्रति बहुत संवेदनशील होता है।

उदाहरण के लिए, जब तांबे में आर्सेनिक के अंश भी दिखाई देते हैं, तो इसकी तापीय चालकता गुणांक 395 से घटकर 142 हो जाता है; स्टील के लिए 0.1% कार्बन पर एल = 52, 1.0% पर - एल = 40, 1.5% कार्बन पर एल = 36।

तापीय चालकता गुणांक भी ताप उपचार से प्रभावित होता है। तो, कठोर कार्बन स्टील के लिए, एल नरम स्टील की तुलना में 10 - 25% कम है। इन कारणों से, एक ही तापमान पर वाणिज्यिक धातु के नमूनों की तापीय चालकता गुणांक काफी भिन्न हो सकते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मिश्र धातु, शुद्ध धातुओं के विपरीत, बढ़ते तापमान के साथ तापीय चालकता में वृद्धि की विशेषता है। दुर्भाग्य से, मिश्र धातुओं की तापीय चालकता को नियंत्रित करने वाले किसी भी सामान्य मात्रात्मक पैटर्न को स्थापित करना अभी तक संभव नहीं हो पाया है।

भवन और गर्मी-इन्सुलेट सामग्री - ढांकता हुआ की थर्मल चालकता गुणांक धातुओं की तुलना में कई गुना कम है और 0.02 - 3.0 की मात्रा है। उनमें से अधिकांश के लिए (अपवाद मैग्नेसाइट ईंट है), तापीय चालकता गुणांक बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है। इस मामले में, आप समीकरण (3) का उपयोग कर सकते हैं, यह ध्यान में रखते हुए कि ठोस - ढांकता हुआ के लिए, β>0।

कई भवन और थर्मल इन्सुलेशन सामग्री में छिद्रपूर्ण संरचना (ईंट, कंक्रीट, एस्बेस्टस, स्लैग, आदि) होती है। उनके और पाउडर सामग्री के लिए, तापीय चालकता गुणांक थोक घनत्व पर काफी निर्भर करता है। यह इस तथ्य के कारण है कि सरंध्रता बढ़ने के साथ, अधिकांश मात्रा हवा से भर जाती है, जिसकी तापीय चालकता का गुणांक बहुत कम होता है। साथ ही, सरंध्रता जितनी अधिक होगी, सामग्री का थोक घनत्व उतना ही कम होगा। इस प्रकार, किसी सामग्री के थोक घनत्व में कमी, अन्य चीजें समान होने पर, एल में कमी आती है।

उदाहरण के लिए, एस्बेस्टस के लिए, थोक घनत्व में 800 किग्रा/मीटर से 400 किग्रा/मीटर तक की कमी के परिणामस्वरूप 0.248 से 0.105 तक की कमी होती है। आर्द्रता का प्रभाव बहुत अधिक होता है। उदाहरण के लिए, सूखी ईंट के लिए l = 0.35, तरल के लिए 0.6, और गीली ईंट के लिए l = 1.0।

तापीय चालकता का निर्धारण और तकनीकी गणना करते समय इन घटनाओं पर ध्यान दिया जाना चाहिए। बूंदों वाले तरल पदार्थ की तापीय चालकता गुणांक 0.08 - 0.7 की सीमा में है। साथ ही, अधिकांश तरल पदार्थों के लिए, बढ़ते तापमान के साथ तापीय चालकता गुणांक कम हो जाता है। अपवाद पानी और ग्लिसरीन हैं।

गैसों की तापीय चालकता और भी कम है।

बढ़ते तापमान के साथ गैसों की तापीय चालकता गुणांक बढ़ता है। 20 mmHg की सीमा के भीतर। 2000 तक (बार), यानी। उस क्षेत्र में जो व्यवहार में सबसे अधिक बार सामने आता है, एल दबाव पर निर्भर नहीं करता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि गैसों के मिश्रण (फ्लू गैसों, तापीय भट्टियों का वातावरण, आदि) के लिए गणना द्वारा तापीय चालकता गुणांक निर्धारित करना असंभव है। इसलिए, संदर्भ डेटा की अनुपस्थिति में, एल का विश्वसनीय मान केवल प्रयोगात्मक रूप से पाया जा सकता है।

मूल्य पर एल< 1 - вещество называют тепловым изолятором.

तापीय चालकता की समस्याओं को हल करने के लिए, किसी पदार्थ के कुछ स्थूल गुणों (थर्मोफिजिकल पैरामीटर) के बारे में जानकारी होना आवश्यक है: तापीय चालकता गुणांक, घनत्व, विशिष्ट ताप क्षमता।

धातुओं की तापीय चालकता की व्याख्या

धातुओं की तापीय चालकता बहुत अधिक होती है। यह जाली की तापीय चालकता से कम नहीं है, इसलिए, एक अन्य ताप हस्तांतरण तंत्र को यहां काम करना चाहिए। यह पता चला है कि शुद्ध धातुओं में तापीय चालकता लगभग पूरी तरह से इलेक्ट्रॉन गैस के कारण होती है, और केवल भारी दूषित धातुओं और मिश्र धातुओं में, जहां चालकता कम होती है, जाली तापीय चालकता का योगदान महत्वपूर्ण हो जाता है।

किसी सामग्री की तापीय चालकता की संख्यात्मक विशेषता एक निश्चित समय में एक निश्चित मोटाई की सामग्री से गुजरने वाली गर्मी की मात्रा से निर्धारित की जा सकती है। विभिन्न प्रोफ़ाइल उत्पादों की तापीय चालकता की गणना करते समय संख्यात्मक विशेषता महत्वपूर्ण है।

विभिन्न धातुओं के तापीय चालकता गुणांक

थर्मल चालन होने के लिए, दो निकायों के बीच सीधे भौतिक संपर्क की आवश्यकता होती है। इसका मतलब यह है कि ऊष्मा का स्थानांतरण केवल इनके बीच ही संभव है एसएनएफऔर स्थिर तरल पदार्थ. सीधा संपर्क गतिज ऊर्जा को सबसे गर्म पदार्थ के अणुओं से सबसे ठंडे पदार्थ की ओर जाने की अनुमति देता है। ऊष्मा विनिमय तब होता है जब विभिन्न तापमान वाले पिंड एक दूसरे के सीधे संपर्क में आते हैं।

यहां आपको इस तथ्य पर ध्यान देना चाहिए कि गर्म शरीर के अणु ठंडे शरीर में प्रवेश नहीं कर सकते हैं। केवल गतिज ऊर्जा स्थानांतरित होती है, जो समान ताप वितरण देती है। ऊर्जा का यह स्थानांतरण तब तक जारी रहेगा जब तक संपर्क में आने वाले पिंड समान रूप से गर्म नहीं हो जाते। इस मामले में, थर्मल संतुलन हासिल किया जाता है। इस ज्ञान के आधार पर, यह गणना करना संभव है कि किसी विशेष इमारत के थर्मल इन्सुलेशन के लिए किस इन्सुलेशन सामग्री की आवश्यकता होगी।

के बीच बड़ी मात्राधातुओं की विशेषता वाले पैरामीटर, तापीय चालकता जैसी कोई चीज होती है। इसके महत्व को कम करके आंकना कठिन है। इस पैरामीटर का उपयोग भागों और असेंबलियों की गणना करते समय किया जाता है। उदाहरण के लिए, गियर ट्रांसमिशन। सामान्य तौर पर, थर्मोडायनामिक्स नामक विज्ञान की एक पूरी शाखा तापीय चालकता से संबंधित है।

तापीय चालकता और तापीय प्रतिरोध क्या है?

धातुओं की तापीय चालकता को निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है - यह शरीर के गर्म क्षेत्रों से अतिरिक्त तापीय ऊर्जा को ठंडे क्षेत्रों में स्थानांतरित करने के लिए सामग्री (गैस, तरल, आदि) की क्षमता है। स्थानांतरण स्वतंत्र रूप से गतिमान प्राथमिक कणों द्वारा किया जाता है, जिसमें परमाणु, इलेक्ट्रॉन आदि शामिल होते हैं।

किसी भी पिंड में ऊष्मा स्थानांतरण की प्रक्रिया स्वयं ही होती है, लेकिन ऊर्जा स्थानांतरण की विधि काफी हद तक इस पर निर्भर करती है एकत्रीकरण की अवस्थाशव.

इसके अलावा, तापीय चालकता को एक और परिभाषा दी जा सकती है - यह किसी शरीर की तापीय ऊर्जा का संचालन करने की क्षमता का एक मात्रात्मक पैरामीटर है। यदि हम तापीय और विद्युत नेटवर्क की तुलना करें, तो यह अवधारणा विद्युत चालकता के समान है।

किसी भौतिक शरीर की अणुओं के तापीय कंपन के प्रसार को रोकने की क्षमता को तापीय प्रतिरोध कहा जाता है। वैसे, कुछ लोग इस अवधारणा को तापीय चालकता के साथ भ्रमित करके गंभीर रूप से गलत हैं।

तापीय चालकता गुणांक की अवधारणा

तापीय चालकता गुणांक एक मान है जो एक सेकंड में एक इकाई सतह के माध्यम से स्थानांतरित गर्मी की मात्रा के बराबर है।
धातु की तापीय चालकता 1863 में स्थापित की गई थी। तब यह साबित हुआ कि मुक्त इलेक्ट्रॉन, जिनमें से धातु में बड़ी संख्या में हैं, गर्मी के हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार हैं। यही कारण है कि धातुओं की तापीय चालकता ढांकता हुआ पदार्थों की तुलना में काफी अधिक है।

तापीय चालकता किस पर निर्भर करती है?

तापीय चालकता एक भौतिक मात्रा है और यह काफी हद तक तापमान, दबाव और पदार्थ के प्रकार के मापदंडों पर निर्भर करती है। अधिकांश गुणांक अनुभवजन्य रूप से निर्धारित होते हैं। इसके लिए कई तरीके विकसित किये गये हैं. परिणामों को संदर्भ तालिकाओं में संकलित किया जाता है, जिनका उपयोग विभिन्न वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग गणनाओं में किया जाता है।
पिंडों का तापमान अलग-अलग होता है और ताप विनिमय के दौरान यह (तापमान) असमान रूप से वितरित होगा। दूसरे शब्दों में, आपको यह जानना होगा कि तापीय चालकता गुणांक तापमान पर कैसे निर्भर करता है।

कई प्रयोगों से पता चलता है कि कई सामग्रियों के लिए गुणांक और तापीय चालकता के बीच का संबंध स्वयं रैखिक है।

धातुओं की तापीय चालकता उसके क्रिस्टल जाली के आकार से निर्धारित होती है।

कई मायनों में, तापीय चालकता गुणांक सामग्री की संरचना, उसके छिद्रों के आकार और आर्द्रता पर निर्भर करता है।

तापीय चालकता गुणांक को कब ध्यान में रखा जाता है?

संरचनाओं को घेरने के लिए सामग्री चुनते समय तापीय चालकता मापदंडों को ध्यान में रखा जाना चाहिए - दीवारें, छत, आदि। उन कमरों में जहां दीवारें उच्च तापीय चालकता वाली सामग्री से बनी हैं, ठंड के मौसम में यह काफी ठंडा रहेगा। कमरे को सजाने से भी मदद नहीं मिलेगी. इससे बचने के लिए दीवारें काफी मोटी बनानी चाहिए। इससे निश्चित रूप से सामग्री और श्रम की लागत में वृद्धि होगी।

इसीलिए दीवारों के निर्माण के लिए कम तापीय चालकता (खनिज ऊन, पॉलीस्टाइन फोम, आदि) वाली सामग्रियों के उपयोग की आवश्यकता होती है।

स्टील के लिए संकेतक

• तापीय चालकता पर संदर्भ सामग्री में विभिन्न सामग्रियांविभिन्न ग्रेड के स्टील्स पर प्रस्तुत डेटा द्वारा एक विशेष स्थान पर कब्जा कर लिया गया है।
  इस प्रकार, संदर्भ सामग्री में निम्नलिखित प्रकार के स्टील मिश्र धातुओं के लिए प्रयोगात्मक और गणना किए गए डेटा शामिल हैं:
  संक्षारण और ऊंचे तापमान के प्रति प्रतिरोधी;
• स्प्रिंग्स और काटने के उपकरण के उत्पादन के लिए इरादा;
• मिश्रधातु योजकों से संतृप्त।

तालिकाएँ उन संकेतकों का सारांश प्रस्तुत करती हैं जो -263 से 1200 डिग्री के तापमान रेंज में स्टील्स के लिए एकत्र किए गए थे।
औसत संकेतक इसके लिए हैं:

• कार्बन स्टील्स 50 - 90 डब्लू/(एम×डिग्री);
• संक्षारण प्रतिरोधी, गर्मी- और गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातुओं को मार्टेंसिटिक के रूप में वर्गीकृत किया गया है - 30 से 45 डब्ल्यू / (एम × डिग्री तक);
• 12 से 22 W/(m×deg) तक मिश्रधातुओं को ऑस्टेनिटिक के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

इन संदर्भ सामग्रियों में कच्चा लोहा के गुणों के बारे में जानकारी होती है।

एल्यूमीनियम, तांबा और निकल मिश्र धातुओं के तापीय चालकता गुणांक

अलौह धातुओं और मिश्र धातुओं से संबंधित गणना करते समय, डिजाइनर इसका उपयोग करते हैं संदर्भ सामग्री, विशेष तालिकाओं में रखा गया।

वे इन आंकड़ों के अलावा अलौह धातुओं और मिश्र धातुओं की तापीय चालकता पर सामग्री प्रस्तुत करते हैं; रासायनिक संरचनामिश्र अध्ययन 0 से 600 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर किए गए।

इन सारणीबद्ध सामग्रियों में एकत्रित जानकारी के अनुसार, यह स्पष्ट है कि उच्च तापीय चालकता वाली अलौह धातुओं में मैग्नीशियम और निकल पर आधारित मिश्र धातुएँ शामिल हैं। कम तापीय चालकता वाली धातुओं में नाइक्रोम, इन्वार और कुछ अन्य शामिल हैं।

अधिकांश धातुओं में अच्छी तापीय चालकता होती है, कुछ में अधिक, कुछ में कम। अच्छी तापीय चालकता वाली धातुओं में सोना, तांबा और कुछ अन्य शामिल हैं। कम तापीय चालकता वाली सामग्रियों में टिन, एल्यूमीनियम आदि शामिल हैं।

उच्च तापीय चालकता लाभ और हानि दोनों हो सकती है। यह सब आवेदन के दायरे पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, उच्च तापीय चालकता के लिए अच्छा है रसोई के बर्तन. धातु भागों के स्थायी कनेक्शन बनाने के लिए कम तापीय चालकता वाली सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। टिन-आधारित मिश्र धातुओं के पूरे परिवार हैं।

तांबे और उसके मिश्र धातुओं की उच्च तापीय चालकता के नुकसान

तांबे का मूल्य एल्यूमीनियम या पीतल की तुलना में बहुत अधिक है। लेकिन इस बीच, इस सामग्री में कई नुकसान हैं जो इसके सकारात्मक पहलुओं से जुड़े हैं।
इस धातु की उच्च तापीय चालकता इसके प्रसंस्करण के लिए विशेष परिस्थितियों के निर्माण को मजबूर करती है। अर्थात्, तांबे के बिलेट्स को स्टील की तुलना में अधिक सटीकता से गर्म किया जाना चाहिए। इसके अलावा, उपचार शुरू करने से पहले अक्सर पूर्व या सहायक हीटिंग होता है।
हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि तांबे से बने पाइपों का अर्थ है कि सावधानीपूर्वक थर्मल इन्सुलेशन किया जाएगा। यह उन मामलों के लिए विशेष रूप से सच है जब हीटिंग आपूर्ति प्रणाली को इन पाइपों से इकट्ठा किया जाता है। इससे स्थापना कार्य की लागत काफी बढ़ जाती है।
गैस वेल्डिंग का उपयोग करते समय कुछ कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं। काम पूरा करने के लिए अधिक शक्तिशाली उपकरण की आवश्यकता होती है। कभी-कभी, 8-10 मिमी की मोटाई वाले तांबे को संसाधित करने के लिए, दो या तीन मशालों का उपयोग करना आवश्यक हो सकता है। इस मामले में, उनमें से एक तांबे के पाइप को वेल्ड करता है, और बाकी इसे गर्म करने में व्यस्त होते हैं। इसके अलावा, तांबे के साथ काम करने के लिए अधिक उपभोग्य सामग्रियों की आवश्यकता होती है।

तांबे के साथ काम करने के लिए विशेष उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 150 मिमी की मोटाई के साथ कांस्य या पीतल से बने भागों को काटते समय, आपको एक ऐसे कटर की आवश्यकता होगी जो बड़ी मात्रा में क्रोम के साथ स्टील के साथ काम कर सके। यदि इसका उपयोग तांबे के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है, तो अधिकतम मोटाई 50 मिमी से अधिक नहीं होगी।

क्या तांबे की तापीय चालकता बढ़ाना संभव है?

कुछ समय पहले, पश्चिमी वैज्ञानिकों के एक समूह ने तांबे और उसके मिश्र धातुओं की तापीय चालकता बढ़ाने के लिए अध्ययनों की एक श्रृंखला आयोजित की थी। अपने काम के लिए, उन्होंने तांबे से बनी फिल्मों का इस्तेमाल किया, जिनकी सतह पर ग्राफीन की एक पतली परत जमा थी। इसे लागू करने के लिए गैस जमाव तकनीक का उपयोग किया गया। शोध के दौरान, कई उपकरणों का उपयोग किया गया जो प्राप्त परिणामों की निष्पक्षता की पुष्टि करने के लिए डिज़ाइन किए गए थे।
शोध के नतीजों से पता चला है कि ग्राफीन में उच्चतम तापीय चालकता है। इसे तांबे के सब्सट्रेट पर लगाने के बाद, तापीय चालकता थोड़ी कम हो गई। लेकिन, इस प्रक्रिया के दौरान, तांबा गर्म हो जाता है और इसमें कण बढ़ जाते हैं, और परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनों की पारगम्यता बढ़ जाती है।

जब तांबे को गर्म किया गया, लेकिन इस सामग्री को लागू किए बिना, अनाज ने अपना आकार बरकरार रखा।
तांबे का एक उद्देश्य इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से अतिरिक्त गर्मी को दूर करना है विद्युत आरेख. ग्राफीन जमाव के उपयोग से यह समस्या अधिक प्रभावी ढंग से हल हो जाएगी।

कार्बन सांद्रण का प्रभाव

कम कार्बन सामग्री वाले स्टील में उच्च तापीय चालकता होती है। इसीलिए इस वर्ग की सामग्रियों का उपयोग पाइप और फिटिंग के निर्माण के लिए किया जाता है। इस प्रकार के स्टील्स की तापीय चालकता 47-54 W/(m×K) की सीमा में होती है।

रोजमर्रा की जिंदगी और उत्पादन में महत्व

निर्माण में तापीय चालकता का अनुप्रयोग

प्रत्येक सामग्री का अपना तापीय चालकता सूचकांक होता है। इसका मूल्य जितना कम होगा, बाहरी और आंतरिक वातावरण के बीच ताप विनिमय का स्तर उतना ही कम होगा। इसका मतलब यह है कि कम तापीय चालकता वाली सामग्री से बनी इमारत सर्दियों में गर्म और गर्मियों में ठंडी होगी।

आवासीय भवनों सहित विभिन्न भवनों का निर्माण करते समय, निर्माण सामग्री की तापीय चालकता के बारे में ज्ञान के बिना ऐसा करना असंभव है। भवन संरचनाओं को डिजाइन करते समय, कंक्रीट, कांच, खनिज ऊन और कई अन्य जैसी सामग्रियों के गुणों पर डेटा को ध्यान में रखना आवश्यक है। उनमें से, अधिकतम तापीय चालकता कंक्रीट की है, जबकि लकड़ी के लिए यह 6 गुना कम है।

तापन प्रणाली

किसी भी हीटिंग सिस्टम का मुख्य कार्य शीतलक से परिसर तक तापीय ऊर्जा का स्थानांतरण है। ऐसे हीटिंग के लिए बैटरी या रेडिएटर का उपयोग किया जाता है। वे तापीय ऊर्जा को कमरों में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक हैं।

• हीटिंग रेडिएटर एक ऐसी संरचना है जिसके अंदर शीतलक प्रवाहित होता है। इस उत्पाद की मुख्य विशेषताओं में शामिल हैं:
  वह सामग्री जिससे यह बनाया गया है;
• निर्माण का प्रकार;
• अनुभागों की संख्या सहित आयाम;
• गर्मी हस्तांतरण संकेतक।

यह ऊष्मा स्थानांतरण है जो प्रमुख पैरामीटर है। संपूर्ण मुद्दा यह है कि यह रेडिएटर से कमरे में स्थानांतरित होने वाली ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करता है। यह सूचक जितना अधिक होगा, ताप हानि उतनी ही कम होगी।
ऐसी संदर्भ तालिकाएँ हैं जो उन सामग्रियों का निर्धारण करती हैं जो हीटिंग सिस्टम में उपयोग के लिए इष्टतम हैं। उनमें मौजूद आंकड़ों से यह साफ हो जाता है कि सबसे ज्यादा प्रभावी सामग्रीतांबा माना जाता है. लेकिन, इसकी ऊंची कीमत और तांबे के प्रसंस्करण से जुड़ी कुछ तकनीकी कठिनाइयों के कारण, उनकी प्रयोज्यता इतनी अधिक नहीं है।

यही कारण है कि स्टील या एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बने मॉडल का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। स्टील और एल्यूमीनियम जैसी विभिन्न सामग्रियों का संयोजन अक्सर उपयोग किया जाता है।
रेडिएटर्स के प्रत्येक निर्माता को, तैयार उत्पादों को चिह्नित करते समय, ताप उत्पादन शक्ति जैसी विशेषता का संकेत देना चाहिए।
हीटिंग सिस्टम बाजार में आप कच्चा लोहा, स्टील, एल्यूमीनियम और बाईमेटल से बने रेडिएटर खरीद सकते हैं।

तापीय चालकता मापदंडों का अध्ययन करने के तरीके

तापीय चालकता मापदंडों का अध्ययन करते समय, किसी को यह याद रखना चाहिए कि किसी विशेष धातु या उसके मिश्र धातुओं की विशेषताएं उसके उत्पादन की विधि पर निर्भर करती हैं। उदाहरण के लिए, कास्टिंग द्वारा उत्पादित धातु के पैरामीटर पाउडर धातु विज्ञान विधियों का उपयोग करके निर्मित सामग्री की विशेषताओं से काफी भिन्न हो सकते हैं। कच्ची धातु के गुण उन धातुओं से मौलिक रूप से भिन्न होते हैं जिनका ताप उपचार किया गया है।

थर्मल अस्थिरता, यानी उच्च तापमान के संपर्क में आने के बाद धातु के व्यक्तिगत गुणों में परिवर्तन, लगभग सभी सामग्रियों में आम है। उदाहरण के तौर पर, धातुएँ, विभिन्न तापमानों के लंबे समय तक संपर्क में रहने के बाद, पहुँचने में सक्षम होती हैं अलग - अलग स्तरपुनः क्रिस्टलीकरण, और यह तापीय चालकता मापदंडों में परिलक्षित होता है।

हम निम्नलिखित कह सकते हैं: तापीय चालकता मापदंडों का अध्ययन करते समय, धातुओं और उनके मिश्र धातुओं के नमूनों को एक मानक और विशिष्ट तकनीकी स्थिति में उपयोग करना आवश्यक है, उदाहरण के लिए, गर्मी उपचार के बाद।

उदाहरण के लिए, थर्मल विश्लेषण विधियों का उपयोग करके अनुसंधान करने के लिए धातु को पीसने की आवश्यकताएं हैं। दरअसल, ऐसी आवश्यकता कई अध्ययनों में मौजूद है। ऐसी आवश्यकताएँ भी हैं - जैसे विशेष प्लेटों का उत्पादन और कई अन्य।

धातुओं की गैर-थर्मल स्थिरता थर्मोफिजिकल अनुसंधान विधियों के उपयोग पर कई सीमाएं पैदा करती है। तथ्य यह है कि अनुसंधान करने की इस पद्धति के लिए नमूनों को एक निश्चित तापमान सीमा में कम से कम दो बार गर्म करने की आवश्यकता होती है।

विधियों में से एक को विश्राम-गतिशील कहा जाता है। इसे धातुओं की ताप क्षमता का बड़े पैमाने पर माप करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस विधि में, नमूना तापमान का उसकी दो स्थिर अवस्थाओं के बीच संक्रमण वक्र दर्ज किया जाता है। यह प्रक्रिया परीक्षण नमूने में पेश की गई थर्मल पावर में उछाल का परिणाम है।

इस विधि को सापेक्ष कहा जा सकता है। यह परीक्षण और तुलना नमूनों का उपयोग करता है। मुख्य बात यह है कि नमूनों की उत्सर्जक सतह समान हो। अनुसंधान करते समय, नमूनों को प्रभावित करने वाले तापमान को चरणों में बदलना चाहिए, और निर्दिष्ट मापदंडों तक पहुंचने पर, एक निश्चित समय बनाए रखना आवश्यक है। तापमान परिवर्तन की दिशा और उसके चरण का चयन इस प्रकार किया जाना चाहिए कि परीक्षण के लिए इच्छित नमूना समान रूप से गर्म हो।

इन क्षणों में, गर्मी का प्रवाह बराबर होगा और गर्मी हस्तांतरण अनुपात तापमान में उतार-चढ़ाव की दरों में अंतर के रूप में निर्धारित किया जाएगा।
कभी-कभी इन अध्ययनों के दौरान, परीक्षण और तुलनात्मक नमूने के अप्रत्यक्ष ताप का स्रोत।
दूसरे नमूने की तुलना में एक नमूने पर अतिरिक्त थर्मल भार बनाया जा सकता है।

आपकी सामग्री के लिए कौन सी तापीय चालकता माप विधि सर्वोत्तम है?

तापीय चालकता को मापने के लिए एलएफए, जीएचपी, एचएफएम और टीसीटी जैसी विधियां हैं। वे धातुओं की तापीय चालकता का परीक्षण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले नमूनों के आकार और ज्यामितीय मापदंडों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं।

इन संक्षिप्ताक्षरों को इस प्रकार समझा जा सकता है:

• जीएचपी (हॉट गार्ड जोन विधि);
• एचएफएम (गर्मी प्रवाह विधि);
• टीसीटी (गर्म तार विधि)।

उपरोक्त विधियों का उपयोग विभिन्न धातुओं और उनके मिश्र धातुओं के गुणांक निर्धारित करने के लिए किया जाता है। साथ ही, इन विधियों का उपयोग करके, वे अन्य सामग्रियों का अध्ययन करते हैं, उदाहरण के लिए, खनिज सिरेमिक या दुर्दम्य सामग्री।

जिन धातु के नमूनों पर शोध किया गया है उनका कुल आयाम 12.7 × 12.7 × 2 है।

आधुनिक उद्योग की कई शाखाओं में तांबे जैसी सामग्री का बहुत व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इस धातु की विद्युत चालकता बहुत अधिक होती है। यह मुख्य रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में इसके उपयोग की समीचीनता की व्याख्या करता है। तांबा उत्कृष्ट प्रदर्शन विशेषताओं वाले कंडक्टर का उत्पादन करता है। बेशक, इस धातु का उपयोग न केवल इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, बल्कि अन्य उद्योगों में भी किया जाता है। इसकी मांग को अन्य बातों के अलावा, इसके गुणों द्वारा समझाया गया है जैसे कि कई आक्रामक वातावरणों में संक्षारण क्षति का प्रतिरोध, अपवर्तकता, लचीलापन, आदि।

ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

तांबा एक धातु है ज्ञात व्यक्तिप्राचीन काल से. इस सामग्री से लोगों का प्रारंभिक परिचय मुख्य रूप से सोने की डली के रूप में प्रकृति में इसके व्यापक वितरण द्वारा समझाया गया है। कई वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि तांबा ऑक्सीजन यौगिकों से मनुष्य द्वारा प्राप्त पहली धातु थी। एक समय की बात है, चट्टानों को बस आग पर गर्म किया जाता था और तेजी से ठंडा किया जाता था, जिससे वे टूट जाती थीं। बाद में, तांबे की कमी को आग पर कोयला मिलाकर और धौंकनी से फूंककर किया जाने लगा। इस विधि के सुधार से अंततः इसका निर्माण हुआ। बाद में अयस्कों की ऑक्सीडेटिव गलाने की विधि द्वारा इस धातु का उत्पादन किया जाने लगा।

तांबा: सामग्री की विद्युत चालकता

शांत अवस्था में किसी भी धातु के सभी मुक्त इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं। जब प्रभाव का कोई बाहरी स्रोत जुड़ा होता है, तो वे एक निश्चित क्रम में पंक्तिबद्ध हो जाते हैं और वर्तमान वाहक बन जाते हैं। जिस डिग्री तक कोई धातु स्वयं से गुजर सकती है उसे विद्युत चालकता कहा जाता है। अंतर्राष्ट्रीय एसआई में इसकी माप की इकाई सीमेंस है, जिसे 1 सेमी = 1 ओम -1 के रूप में परिभाषित किया गया है।

तांबे की विद्युत चालकता बहुत अधिक होती है। इस सूचक में, यह आज ज्ञात सभी आधार धातुओं से आगे निकल जाता है। केवल चांदी ही इससे बेहतर करंट प्रवाहित करती है। तांबे की विद्युत चालकता +20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 57x104 सेमी -1 है। इसी गुण के कारण यह धातु है इस समयऔद्योगिक और घरेलू उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाने वाला सबसे आम कंडक्टर है।

तांबा तनाव को बहुत अच्छी तरह से सहन करता है और विश्वसनीय और टिकाऊ भी होता है। अन्य बातों के अलावा, इस धातु की विशेषता उच्च गलनांक (1083.4 डिग्री सेल्सियस) भी है। और यह, बदले में, तांबे को लंबे समय तक गर्म अवस्था में काम करने की अनुमति देता है। वर्तमान कंडक्टर के रूप में व्यापकता के संदर्भ में, केवल एल्यूमीनियम ही इस धातु के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है।

तांबे की विद्युत चालकता पर अशुद्धियों का प्रभाव

बेशक, हमारे समय में इस लाल धातु को गलाने के लिए प्राचीन काल की तुलना में कहीं अधिक उन्नत तकनीकों का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, आज भी पूर्णतः शुद्ध Cu प्राप्त करना लगभग असंभव है। तांबे में हमेशा विभिन्न प्रकार की अशुद्धियाँ होती हैं। यह, उदाहरण के लिए, सिलिकॉन, लोहा या बेरिलियम हो सकता है। इस बीच, तांबे में जितनी अधिक अशुद्धियाँ होंगी, उसकी विद्युत चालकता उतनी ही कम होगी। उदाहरण के लिए, तारों के निर्माण के लिए केवल पर्याप्त शुद्ध धातु ही उपयुक्त है। नियमों के अनुसार, 0.1% से अधिक अशुद्धियों की मात्रा वाले तांबे का उपयोग इस उद्देश्य के लिए किया जा सकता है।

अक्सर इस धातु में एक निश्चित प्रतिशत सल्फर, आर्सेनिक और सुरमा होता है। पहला पदार्थ सामग्री की लचीलापन को काफी कम कर देता है। तांबे और सल्फर की विद्युत चालकता बहुत भिन्न होती है। यह अशुद्धता बिल्कुल भी धारा का संचालन नहीं करती है। यानी यह एक अच्छा इंसुलेटर है. हालाँकि, सल्फर का तांबे की विद्युत चालकता पर वस्तुतः कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। यही बात तापीय चालकता पर भी लागू होती है। सुरमा और आर्सेनिक के साथ विपरीत तस्वीर देखी जाती है। ये तत्व तांबे की विद्युत चालकता को काफी कम कर सकते हैं।

मिश्र

तांबे जैसे लचीले पदार्थ की ताकत बढ़ाने के लिए विशेष रूप से विभिन्न प्रकार के योजकों का उपयोग किया जा सकता है। वे इसकी विद्युत चालकता को भी कम करते हैं। लेकिन उनका उपयोग विभिन्न प्रकार के उत्पादों की सेवा जीवन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।

तांबे की ताकत बढ़ाने के लिए अक्सर सीडी (0.9%) का उपयोग एक योजक के रूप में किया जाता है। परिणाम कैडमियम कांस्य है. इसकी चालकता तांबे की 90% है। कभी-कभी कैडमियम के स्थान पर एल्युमीनियम का उपयोग भी एक योज्य के रूप में किया जाता है। इस धातु की चालकता तांबे की 65% है। तारों की ताकत बढ़ाने के लिए अन्य सामग्रियों और पदार्थों का उपयोग एडिटिव्स के रूप में किया जा सकता है - टिन, फास्फोरस, क्रोमियम, बेरिलियम। परिणाम एक निश्चित ग्रेड का कांस्य है। तांबा और जस्ता के संयोजन को पीतल कहा जाता है।

मिश्र धातु विशेषताएँ

यह न केवल उनमें मौजूद अशुद्धियों की मात्रा पर निर्भर हो सकता है, बल्कि अन्य संकेतकों पर भी निर्भर हो सकता है। उदाहरण के लिए, जैसे-जैसे ताप तापमान बढ़ता है, तांबे की अपने आप में करंट प्रवाहित करने की क्षमता कम हो जाती है। यहां तक ​​कि इसके निर्माण की विधि भी ऐसे तार की विद्युत चालकता को प्रभावित करती है। रोजमर्रा की जिंदगी में और उत्पादन में, नरम एनील्ड तांबे के कंडक्टर और कठोर खींचे गए दोनों का उपयोग किया जा सकता है। पहली किस्म में खुद से करंट प्रवाहित करने की क्षमता अधिक होती है।

हालाँकि, प्रयुक्त योजक और उनकी मात्रा तांबे की विद्युत चालकता पर सबसे अधिक प्रभाव डालती है। नीचे दी गई तालिका पाठक को इस धातु की सबसे आम मिश्र धातुओं की वर्तमान वहन क्षमता के बारे में व्यापक जानकारी प्रदान करती है।

तांबा मिश्र धातुओं की विद्युत चालकता

मिश्र धातु	स्थिति (ओ-एनील्ड, टी-हार्ड-ड्रॉन)	इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी (%)
शुद्ध तांबा
टिन कांस्य (0.75%)
कैडमियम कांस्य (0.9%)
एल्यूमीनियम कांस्य (2.5% ए1, 2% एसएन)
फॉस्फोर कांस्य (7% एसएन, 0.1% पी)

पीतल और तांबे की विद्युत चालकता तुलनीय है। हालाँकि, पहली धातु के लिए यह आंकड़ा, निश्चित रूप से, थोड़ा कम है। लेकिन साथ ही यह कांसे की तुलना में अधिक है। पीतल का उपयोग कंडक्टर के रूप में काफी व्यापक रूप से किया जाता है। यह तांबे से भी बदतर करंट प्रवाहित करता है, लेकिन साथ ही इसकी लागत भी कम होती है। अक्सर, रेडियो उपकरण के लिए संपर्क, क्लैंप और विभिन्न हिस्से पीतल से बनाए जाते हैं।

उच्च प्रतिरोध तांबे मिश्र धातु

ऐसी कंडक्टर सामग्री का उपयोग मुख्य रूप से प्रतिरोधकों, रिओस्टेट, माप उपकरणों और विद्युत ताप उपकरणों के निर्माण में किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली तांबे की मिश्रधातुएँ कॉन्स्टेंटन और मैंगनीन हैं। पहले (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) की प्रतिरोधकता 0.42-0.48 μOhm/m है, और दूसरे (60% Cu, 40% Ni) की प्रतिरोधकता 0.48-0.52 μOhm/m है।

तापीय चालकता गुणांक के साथ संबंध

तांबा - 59,500,000 S/m. यह सूचक, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, सही है, हालांकि, केवल +20 o C के तापमान पर। किसी भी धातु की तापीय चालकता गुणांक और विशिष्ट चालकता के बीच एक निश्चित संबंध होता है। यह विडेमैन-फ्रांज कानून द्वारा स्थापित किया गया है। यह उच्च तापमान पर धातुओं के लिए किया जाता है और निम्नलिखित सूत्र में व्यक्त किया जाता है: K/γ = π 2 / 3 (k/e) 2 T, जहां y विशिष्ट चालकता है, k बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, e प्राथमिक चार्ज है .

बेशक, तांबे जैसी धातु के लिए भी एक समान कनेक्शन मौजूद है। इसकी तापीय चालकता और विद्युत चालकता बहुत अधिक है। इन दोनों संकेतकों में यह चांदी के बाद दूसरे स्थान पर है।

तांबे और एल्यूमीनियम तारों का कनेक्शन

में हाल ही मेंरोजमर्रा की जिंदगी और उद्योग में तेजी से उच्च शक्ति के विद्युत उपकरणों का उपयोग किया जाने लगा। सोवियत काल के दौरान, वायरिंग मुख्य रूप से सस्ते एल्यूमीनियम से बनाई जाती थी। दुर्भाग्य से, इसकी प्रदर्शन विशेषताएँ अब नई आवश्यकताओं को पूरा नहीं करती हैं। इसलिए, आज रोजमर्रा की जिंदगी और उद्योग में वे अक्सर तांबे में बदल जाते हैं। उत्तरार्द्ध का मुख्य लाभ, अपवर्तकता के अलावा, यह है कि ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान उनके प्रवाहकीय गुण कम नहीं होते हैं।

अक्सर विद्युत नेटवर्क का आधुनिकीकरण करते समय एल्यूमीनियम और तांबे के तारों को जोड़ना पड़ता है। यह सीधे तौर पर नहीं किया जा सकता. दरअसल, एल्यूमीनियम और तांबे की विद्युत चालकता में बहुत अधिक अंतर नहीं होता है। लेकिन केवल इन धातुओं के लिए ही। एल्यूमीनियम और तांबे की ऑक्सीकरण फिल्मों में अलग-अलग गुण होते हैं। इसके कारण जंक्शन पर चालकता काफी कम हो जाती है। एल्यूमीनियम की ऑक्सीकरण फिल्म में तांबे की तुलना में बहुत अधिक प्रतिरोध होता है। इसलिए, इन दो प्रकार के कंडक्टरों का कनेक्शन विशेष रूप से विशेष एडाप्टर के माध्यम से किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, ये ऐसे क्लैंप हो सकते हैं जिनमें एक पेस्ट होता है जो धातुओं को ऑक्साइड की उपस्थिति से बचाता है। यह एडॉप्टर विकल्प आमतौर पर बाहर उपयोग किया जाता है। ब्रांच कम्प्रेसर का उपयोग अक्सर घर के अंदर किया जाता है। उनके डिज़ाइन में एक विशेष प्लेट शामिल है जो एल्यूमीनियम और तांबे के बीच सीधे संपर्क को समाप्त करती है। यदि ऐसे कंडक्टर घर पर उपलब्ध नहीं हैं, तो तारों को सीधे मोड़ने के बजाय, मध्यवर्ती "पुल" के रूप में वॉशर और नट का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।

भौतिक गुण

इस प्रकार, हमें पता चला कि तांबे में क्या विद्युत चालकता है। यह सूचक धातु में निहित अशुद्धियों के आधार पर भिन्न हो सकता है। हालाँकि, उद्योग में तांबे की मांग इसके अन्य उपयोगी गुणों से भी निर्धारित होती है। भौतिक गुणजिसकी जानकारी नीचे दी गई तालिका से प्राप्त की जा सकती है।

भौतिक विशेषताएंघन

पैरामीटर	अर्थ
	फलक-केन्द्रित घन, a=3.6074 Å
परमाणु त्रिज्या
विशिष्ट ऊष्मा	385.48 जे/(किलो के) +20 डिग्री सेल्सियस पर
ऊष्मीय चालकता	394.279 डब्लू/(एम के) +20 ओ सी पर
विद्युत प्रतिरोध	1.68 10-8 ओम मीटर
रैखिक विस्तार गुणांक
कठोरता
तन्यता ताकत

रासायनिक गुण

इन विशेषताओं के अनुसार, तांबा, जिसकी विद्युत और तापीय चालकता बहुत अधिक है, आठवें समूह के पहले त्रय के तत्वों और आवर्त सारणी के पहले समूह के क्षार तत्वों के बीच एक मध्यवर्ती स्थान रखता है। इसके मुख्य रासायनिक गुणों में शामिल हैं:

कॉम्प्लेक्स बनाने की प्रवृत्ति;

रंगीन यौगिकों और अघुलनशील सल्फाइड का उत्पादन करने की क्षमता।

तांबे की सबसे बड़ी विशेषता द्विसंयोजक अवस्था है। इसकी क्षार धातुओं से व्यावहारिक रूप से कोई समानता नहीं है। इसकी रासायनिक सक्रियता भी कम होती है। CO2 या नमी की उपस्थिति में, तांबे की सतह पर एक हरे रंग की कार्बोनेट फिल्म बन जाती है। सभी तांबे के लवण विषैले पदार्थ हैं। मोनो- और डाइवेलेंट अवस्था में, यह धातु बहुत स्थिर अमोनिया यौगिक बनाती है जो उद्योग के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं।

उपयोग का दायरा

तांबे की उच्च तापीय और विद्युत चालकता विभिन्न प्रकार के उद्योगों में इसके व्यापक उपयोग को निर्धारित करती है। बेशक, इस धातु का उपयोग अक्सर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में किया जाता है। हालाँकि, यह इसके अनुप्रयोग के एकमात्र क्षेत्र से बहुत दूर है। अन्य चीजों के अलावा, तांबे का उपयोग किया जा सकता है:

गहनों में;

वास्तुकला में;

प्लंबिंग और हीटिंग सिस्टम को असेंबल करते समय;

गैस पाइपलाइनों में.

विभिन्न प्रकार के उत्पादन के लिए जेवरतांबे और सोने की मिश्र धातु का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है। यह आपको आभूषणों के विरूपण और घर्षण के प्रतिरोध को बढ़ाने की अनुमति देता है। वास्तुकला में, तांबे का उपयोग छतों और अग्रभागों पर आवरण चढ़ाने के लिए किया जा सकता है। इस फिनिश का मुख्य लाभ स्थायित्व है। उदाहरण के लिए, जर्मन शहर हिल्डशाइम में एक प्रसिद्ध वास्तुशिल्प स्थल - कैथोलिक कैथेड्रल - की छत इस विशेष धातु की चादरों से ढकी हुई है। इस इमारत की तांबे की छत ने लगभग 700 वर्षों तक इसके आंतरिक भाग की मज़बूती से रक्षा की है।

इंजीनियरिंग संचार

तांबे के पानी के पाइप का मुख्य लाभ स्थायित्व और विश्वसनीयता भी है। इसके अलावा, यह धातु पानी में विशेष अद्वितीय गुण प्रदान करने में सक्षम है, जिससे यह शरीर के लिए फायदेमंद हो जाता है। गैस पाइपलाइनों और हीटिंग सिस्टम की असेंबली के लिए कॉपर पाइपआदर्श रूप से उपयुक्त भी हैं - मुख्यतः उनके संक्षारण प्रतिरोध और लचीलेपन के कारण। दबाव में आपातकालीन वृद्धि की स्थिति में, ऐसी लाइनें स्टील की तुलना में बहुत अधिक भार का सामना कर सकती हैं। तांबे की पाइपलाइनों का एकमात्र नुकसान उनकी उच्च लागत है।