दिल से- यह ऊर्जा के रूपों में से एक है, जो पदार्थ में परमाणुओं की गति में निहित है। हम इस गति की ऊर्जा को थर्मामीटर से मापते हैं, हालांकि सीधे नहीं।
ऊर्जा के अन्य सभी रूपों की तरह, गर्मी को शरीर से शरीर में स्थानांतरित किया जा सकता है। ऐसा तब होता है जब अलग-अलग तापमान के पिंड होते हैं। साथ ही, उन्हें संपर्क में रहने की भी आवश्यकता नहीं है, क्योंकि गर्मी को स्थानांतरित करने के कई तरीके हैं। अर्थात्:

ऊष्मीय चालकता।यह दो निकायों के बीच सीधे संपर्क के माध्यम से गर्मी का हस्तांतरण है। (शरीर एक हो सकता है यदि उसके हिस्से अलग-अलग तापमान के हों।) इसके अलावा, निकायों के बीच तापमान का अंतर जितना अधिक होता है और उनके संपर्क का क्षेत्र जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक गर्मी हर सेकंड स्थानांतरित होती है। इसके अलावा, स्थानांतरित गर्मी की मात्रा सामग्री पर निर्भर करती है - उदाहरण के लिए, अधिकांश धातुएं अच्छी तरह से गर्मी का संचालन करती हैं, जबकि लकड़ी और प्लास्टिक बहुत खराब होते हैं। गर्मी को स्थानांतरित करने की इस क्षमता को दर्शाने वाले मूल्य को तापीय चालकता (अधिक सही ढंग से, तापीय चालकता का गुणांक) भी कहा जाता है, जिससे कुछ भ्रम हो सकता है।

यदि किसी सामग्री की तापीय चालकता को मापना आवश्यक है, तो यह आमतौर पर निम्नलिखित प्रयोग में किया जाता है: एक छड़ ब्याज 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, कम तापमान। उदाहरण के लिए, ठंडे सिरे को बर्फ के साथ पानी में रखा जाए - इस तरह एक स्थिर तापमान बनाए रखा जाएगा, और बर्फ के पिघलने की दर को मापकर, कोई प्राप्त गर्मी की मात्रा का न्याय कर सकता है। तापमान अंतर और रॉड के क्रॉस सेक्शन द्वारा गर्मी की मात्रा (या बल्कि, शक्ति) को विभाजित करके और इसकी लंबाई से गुणा करके, हम तापीय चालकता गुणांक प्राप्त करते हैं, जिसे ऊपर से निम्नानुसार मापा जाता है, J * m / के * एम 2 * एस, यानी डब्ल्यू / के * एम में। नीचे आप कुछ सामग्रियों की तापीय चालकता की एक तालिका देखते हैं।

सामग्री	तापीय चालकता, डब्ल्यू / (एम के)
हीरा	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
अल्यूमिनियम ऑक्साइड	40
क्वार्ट्ज	8
ग्रेनाइट	2,4
ठोस कंक्रीट	1,75
बाजालत	1,3
कांच	1-1,15
थर्मल ग्रीस KPT-8	0,7
सामान्य परिस्थितियों में पानी	0,6
इमारत की ईंट	0,2—0,7
लकड़ी	0,15
पेट्रोलियम तेल	0,12
ताजा हिमपात	0,10—0,15
काँच का ऊन	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 आदेशों से भिन्न होती है। डायमंड 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 गर्मी का अच्छी तरह से संचालन नहीं करते हैं।

लेकिन हम यह सोचने के आदी हैं कि हवा अच्छी तरह से गर्मी का संचालन करती है, और रूई नहीं, हालांकि यह 99% हवा हो सकती है। बात है संवहनगर्म हवा ठंडी हवा की तुलना में हल्की होती है और ऊपर "तैरती" है, जिससे गर्म या बहुत ठंडे शरीर के चारों ओर हवा का निरंतर संचलन होता है। संवहन परिमाण के क्रम से गर्मी हस्तांतरण में सुधार करता है: इसकी अनुपस्थिति में, पानी के बर्तन को लगातार हिलाए बिना उबालना बहुत मुश्किल होगा। और 0°C से 4°C के रेंज में, गर्म होने पर पानी सिकुड़ती, जो सामान्य से विपरीत दिशा में संवहन की ओर जाता है। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि, हवा के तापमान की परवाह किए बिना, गहरी झीलों के तल पर तापमान हमेशा 4 डिग्री सेल्सियस पर सेट होता है।

गर्मी हस्तांतरण को कम करने के लिए, थर्मोज की दीवारों के बीच की जगह से हवा को पंप किया 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, अर्थात गहरे वैक्यूम की सीमाएं। इस घटना को गैसों के सिद्धांत द्वारा समझाया गया है।

गर्मी हस्तांतरण की एक अन्य विधि विकिरण है। सभी पिंड विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में ऊर्जा विकीर्ण करते हैं, लेकिन केवल पर्याप्त रूप से गर्म (~ 600 ° C) ही दृश्य सीमा में विकीर्ण होते हैं। कमरे के तापमान पर भी विकिरण शक्ति काफी बड़ी है - लगभग 40 mW s 1 सेमी 2। मानव शरीर के सतह क्षेत्र (~ 1m 2) के संदर्भ में, यह 400W होगा। केवल एक चीज जो हमें बचाती है, वह यह है कि हम जिस वातावरण के अभ्यस्त हैं, हमारे आस-पास के सभी शरीर भी लगभग उसी शक्ति से विकीर्ण होते हैं। विकिरण शक्ति, वैसे, कानून के अनुसार तापमान (जैसे टी 4) पर दृढ़ता से निर्भर करती है स्टीफन-बोल्ट्जमान. गणना से पता चलता है कि, उदाहरण के लिए, 0°С पर, थर्मल विकिरण की शक्ति 27°С की तुलना में लगभग डेढ़ गुना कमजोर होती है।

ऊष्मा चालन के विपरीत, विकिरण पूर्ण निर्वात में फैल सकता है - यह इसके लिए धन्यवाद है कि पृथ्वी पर रहने वाले जीव सूर्य की ऊर्जा प्राप्त करते हैं। यदि विकिरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण अवांछनीय है, तो ठंडे और गर्म वस्तुओं के बीच अपारदर्शी विभाजन रखकर इसे कम किया जाता है, या विकिरण का अवशोषण कम हो जाता है (और उत्सर्जन, वैसे, उसी हद तक), सतह को एक पतले दर्पण के साथ कवर करना धातु की परत, उदाहरण के लिए, चांदी।

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

• "भौतिक मात्रा" एड। आई. एस. ग्रिगोरिएवा
• केमेस्ट्री और फ़ीजिक्स के लिए सीआरसी हैंडबुक

• तापीय चालकता का अधिक कठोर विवरण भौतिकी पर एक पाठ्यपुस्तक में पाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, डी.वी. सिवुखिन द्वारा "सामान्य भौतिकी" में (खंड 2)। खंड 4 में थर्मल विकिरण पर एक अध्याय है (स्टीफन-बोल्ट्ज़मान कानून सहित)

आधुनिक उद्योग की कई शाखाओं में तांबे जैसी सामग्री का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इस धातु की विद्युत चालकता बहुत अधिक होती है। यह मुख्य रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में इसके आवेदन की समीचीनता की व्याख्या करता है। कॉपर उत्कृष्ट प्रदर्शन विशेषताओं के साथ कंडक्टर बनाता 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 के प्रतिरोध, अपवर्तकता, लचीलापन, आदि।

इतिहास संदर्भ

तांबा प्राचीन काल से मनुष्य को ज्ञात धातु है। इस सामग्री के साथ लोगों के शुरुआती परिचित को मुख्य रूप से सोने की डली के रूप में प्रकृति में इसके व्यापक वितरण द्वारा समझाया गया है। कई वैज्ञानिक मानते हैं कि यह तांबा ही था जो मनुष्य द्वारा ऑक्सीजन यौगिकों से बरामद की गई पहली धातु थी। एक बार की बात है, चट्टानों को केवल आग पर गर्म किया जाता था और तेजी से ठंडा किया जाता था, जिसके परिणामस्वरूप वे टूट जाते थे। बाद में आग पर कोयले की मिलावट और धौंकनी से ताँबे की वसूली की जाने लगी। इस पद्धति के सुधार से अंततः निर्माण हुआ।बाद में भी, यह धातु अयस्कों के ऑक्सीडेटिव गलाने से प्राप्त होने लगी।

कॉपर: सामग्री की विद्युत चालकता

विरामावस्था में किसी भी धातु के सभी मुक्त इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाते हैं। जब प्रभाव का एक बाहरी स्रोत जुड़ा होता है, तो वे एक निश्चित क्रम में पंक्तिबद्ध होते हैं और वर्तमान वाहक बन जाते हैं। धातु की क्षमता की डिग्री को बाद वाले को अपने माध्यम से पारित करने के लिए 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 के अनुसार, यह आज ज्ञात सभी आधार धातुओं को पीछे छोड़ देता है। इससे बेहतर करंट सिर्फ सिल्वर पास करता है। तांबे का विद्युत चालकता सूचकांक +20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 57x104 सेमी -1 है। इस संपत्ति के कारण, यह धातु वर्तमान में औद्योगिक और घरेलू उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने वाले सभी का सबसे आम संवाहक है।

कॉपर पूरी तरह से स्थायी है और विश्वसनीयता और स्थायित्व से भी प्रतिष्ठित है। अन्य बातों के अलावा, इस धातु की विशेषता एक उच्च गलनांक (1083.4 ° C) भी है। और यह, बदले में, तांबे को गर्म अवस्था में लंबे समय तक काम करने की अनुमति देता है। वर्तमान कंडक्टर के रूप में प्रचलन के संदर्भ में, केवल एल्यूमीनियम ही इस धातु का मुकाबला कर सकता है।

तांबे की विद्युत चालकता पर अशुद्धियों का प्रभाव

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

बहुत बार इस धातु में सल्फर, आर्सेनिक और सुरमा का एक निश्चित प्रतिशत होता है। पहला पदार्थ सामग्री की प्लास्टिसिटी को काफी कम कर देता है। तांबे और सल्फर की विद्युत चालकता बहुत भिन्न होती है। यह अशुद्धता करंट का संचालन बिल्कुल नहीं करती है। यानी यह एक अच्छा इंसुलेटर है। हालांकि, तांबे की विद्युत चालकता पर सल्फर का लगभग 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 जैसी प्लास्टिक सामग्री की ताकत बढ़ाने के लिए विशेष रूप से विभिन्न एडिटिव्स का भी उपयोग किया जा सकता है। वे इसकी विद्युत चालकता को भी कम करते हैं। लेकिन दूसरी ओर, उनका उपयोग विभिन्न प्रकार के उत्पादों के सेवा जीवन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।

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

मिश्र धातु विशेषताएं

यह न केवल उनमें मौजूद अशुद्धियों की मात्रा पर, बल्कि अन्य संकेतकों पर भी निर्भर कर सकता है। उदाहरण के लिए, जैसे-जैसे ताप का तापमान बढ़ता है, तांबे की अपने आप से धारा प्रवाहित करने की क्षमता कम हो जाती है। यहां तक ​​कि इसे बनाने का तरीका भी ऐसे तार की विद्युत चालकता को प्रभावित करता है। रोजमर्रा की जिंदगी और उत्पादन में, सॉफ्ट एनील्ड कॉपर कंडक्टर और हार्ड-ड्रॉ दोनों का उपयोग किया जा सकता है। पहली किस्म में अपने आप से करंट पास करने की क्षमता अधिक होती है।

हालांकि, सबसे अधिक प्रभाव, निश्चित रूप से, उपयोग किए जाने वाले योजक और तांबे की विद्युत चालकता पर उनकी मात्रा। 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।

कॉपर मिश्र धातुओं की विद्युत चालकता

मिश्र धातु	शर्त (O - annealed, T-हार्ड ड्रा)	चालकता (%)
शुद्ध तांबा
टिन कांस्य (0.75%)
कैडमियम कांस्य (0.9%)
एल्यूमिनियम कांस्य (2.5% A1, 2% Sn)
फास्फोरस कांस्य (7% एसएन, 0.1% पी)

पीतल और तांबे की विद्युत चालकता तुलनीय है। हालांकि, पहली धातु के लिए, निश्चित रूप से, यह आंकड़ा थोड़ा कम है। लेकिन साथ ही यह कांस्य की तुलना में अधिक है। पीतल का व्यापक रूप से कंडक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। यह तांबे से भी बदतर धारा को प्रसारित करता है, लेकिन साथ ही इसकी लागत कम होती है। सबसे अधिक बार, संपर्क, क्लैंप और रेडियो उपकरण के विभिन्न हिस्से पीतल से बने होते हैं।

उच्च प्रतिरोध तांबे मिश्र धातु

इस तरह की कंडक्टर सामग्री का उपयोग मुख्य रूप से प्रतिरोधों, रिओस्टेट, माप उपकरणों और विद्युत ताप उपकरणों के निर्माण में किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले तांबे के मिश्र धातु स्थिरांक और मैंगनीन हैं। पहले वाले (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) की प्रतिरोधकता 0.42-0.48 μOhm/m है, और दूसरी (60% Cu, 40% Ni) की प्रतिरोधकता 0.48-0.52 µOhm/m है।

तापीय चालकता के गुणांक के साथ संबंध

कॉपर - 59,500,000 एस/एम। यह संकेतक, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, सही है, लेकिन केवल +20 o C के तापमान पर। किसी भी धातु की तापीय चालकता और विशिष्ट चालकता के बीच एक निश्चित संबंध होता है। अपना विडेमैन-फ्रांज कानून स्थापित करता है। यह उच्च तापमान पर धातुओं के लिए किया जाता है और निम्न सूत्र में व्यक्त किया जाता है: K / \u003d π 2/3 (k / e) 2 T, जहां y विशिष्ट चालकता है, k बोल्ट्ज़मान स्थिरांक है, e प्राथमिक है शुल्क।

बेशक, तांबे जैसी धातु के साथ भी ऐसा ही संबंध है। इसकी तापीय चालकता और विद्युत चालकता बहुत अधिक है। यह इन दोनों संकेतकों में चांदी के बाद दूसरे स्थान पर है।

तांबे और एल्यूमीनियम के तारों का कनेक्शन

हाल ही में, रोजमर्रा की जिंदगी और उद्योग में कभी भी उच्च शक्ति के विद्युत उपकरणों का उपयोग शुरू हो गया है। सोवियत काल में, तारों को मुख्य रूप से सस्ते एल्यूमीनियम से बनाया जाता था। दुर्भाग्य से, इसकी परिचालन विशेषताएं अब नई आवश्यकताओं के अनुरूप नहीं हैं। इसलिए, आज रोजमर्रा की जिंदगी में और उद्योग में वे अक्सर तांबे में बदल जाते हैं। उत्तरार्द्ध का मुख्य लाभ, उनकी अपवर्तकता के अलावा, यह है कि ऑक्सीडेटिव 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। आप इसे सीधे नहीं कर सकते। दरअसल, एल्यूमीनियम और तांबे की विद्युत चालकता बहुत अधिक भिन्न नहीं होती है। लेकिन केवल इन धातुओं के लिए ही। एल्यूमीनियम और तांबे की ऑक्सीकरण फिल्मों में अलग-अलग गुण होते हैं। इस वजह से, जंक्शन पर चालकता काफी कम हो जाती है। एल्यूमीनियम की ऑक्सीकरण फिल्म तांबे की तुलना में बहुत अधिक प्रतिरोधी है। इसलिए, इन दो प्रकार के कंडक्टरों का कनेक्शन विशेष रूप से विशेष एडेप्टर के माध्यम से किया जाना चाहिए। ये हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, एक पेस्ट युक्त क्लैंप जो धातुओं को ऑक्साइड की उपस्थिति से बचाता है। एडेप्टर के इस संस्करण का उपयोग आमतौर पर बाहर होने पर किया जाता है। शाखा क्लैंप का उपयोग अक्सर घर के अंदर किया जाता है। उनके डिजाइन में एक विशेष प्लेट शामिल है जो एल्यूमीनियम और तांबे के बीच सीधे संपर्क को बाहर करती है। घरेलू परिस्थितियों में ऐसे कंडक्टरों की अनुपस्थिति में, तारों को सीधे घुमाने के बजाय, एक मध्यवर्ती "पुल" के रूप में वॉशर और नट का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।

भौतिक गुण

इस प्रकार, हमने पाया कि तांबे की विद्युत चालकता क्या है। यह सूचक इस धातु को बनाने वाली अशुद्धियों के आधार पर भिन्न हो सकता है। हालांकि, उद्योग में तांबे की मांग इसके अन्य उपयोगी भौतिक गुणों से भी निर्धारित होती है, जिसके बारे में जानकारी नीचे दी गई तालिका से प्राप्त की जा सकती है।

Cu . की भौतिक विशेषताएं

पैरामीटर	अर्थ
	फलक-केंद्रित घन, a=3.6074
परमाणु का आधा घेरा
विशिष्ट ताप	385.48 j/(kg K) +20 o C . पर
ऊष्मीय चालकता	394.279 डब्ल्यू / (एम के) +20 डिग्री सेल्सियस पर
विद्युतीय प्रतिरोध	1.68 10-8 ओम एम
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 क्षारीय तत्वों के बीच एक मध्यवर्ती स्थान रखता है। इसके मुख्य रासायनिक गुणों में शामिल हैं:

जटिल गठन की प्रवृत्ति;

रंगीन यौगिक और अघुलनशील सल्फाइड देने की क्षमता।

तांबे की सबसे विशेषता द्विसंयोजक अवस्था है। इसमें क्षार धातुओं के साथ व्यावहारिक रूप से कोई समानता नहीं है। इसकी रासायनिक गतिविधि भी कम होती है। CO2 या नमी की उपस्थिति में तांबे की सतह पर एक हरी कार्बोनेट फिल्म बनती है। तांबे के सभी लवण जहरीले होते हैं। मोनो- और द्विसंयोजक अवस्था में, यह धातु बहुत स्थिर बनाती है उद्योग के लिए अमोनिया धातुओं का सबसे बड़ा महत्व है।

उपयोग का दायरा

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

गहनों में;

वास्तुकला में;

नलसाजी और हीटिंग सिस्टम को इकट्ठा करते समय;

गैस पाइपलाइनों में।

विभिन्न प्रकार के गहनों के निर्माण के लिए मुख्य रूप से तांबे और सोने की मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है। यह आपको गहनों के विरूपण और घर्षण के प्रतिरोध को बढ़ाने की अनुमति देता है। वास्तुकला में, तांबे का उपयोग छतों और अग्रभागों पर चढ़ने के लिए किया जा सकता है। इस खत्म का मुख्य लाभ स्थायित्व है। उदाहरण के लिए, एक प्रसिद्ध वास्तुशिल्प स्थलचिह्न की छत, जर्मन शहर हिल्डेशम में कैथोलिक कैथेड्रल, इस विशेष धातु की चादरों से ढकी हुई है। इस इमारत की तांबे की छत लगभग 700 वर्षों से अपने आंतरिक स्थान की मज़बूती से रक्षा कर रही है।

इंजीनियरिंग संचार

तांबे की नलसाजी के मुख्य लाभ स्थायित्व और विश्वसनीयता भी हैं। इसके अलावा, यह धातु पानी को विशेष अद्वितीय गुण देने में सक्षम है, जो इसे शरीर के लिए उपयोगी बनाती है। गैस पाइपलाइनों और हीटिंग सिस्टम की असेंबली के लिए, तांबे के पाइप भी आदर्श होते हैं - मुख्य रूप से उनके संक्षारण प्रतिरोध और लचीलापन के कारण। दबाव में आपातकालीन वृद्धि की स्थिति में, ऐसी लाइनें स्टील की तुलना में बहुत अधिक भार का सामना करने में सक्षम होती हैं। तांबे की पाइपलाइनों का एकमात्र दोष उनकी उच्च लागत है।

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तामचीनी कोटिंग की तापीय चालकता, यहां तक ​​कि साधारण तामचीनी के साथ, 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। तामचीनी में गैस के बुलबुले की उपस्थिति में, जो इसके स्पष्ट घनत्व में कमी की ओर जाता है, तापीय चालकता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, 2.48 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर के स्पष्ट घनत्व के साथ, तापीय चालकता 1.18 वाट प्रति मीटर डिग्री है, फिर 2.20 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर के स्पष्ट घनत्व के साथ, तापीय चालकता पहले से ही 0.46 वाट प्रति मीटर डिग्री है।

एल्युमिनियम की क्रिस्टल जाली में, कई अन्य धातुओं की तरह, चेहरा-केंद्रित क्यूब्स होते हैं (देखें पी। एल्यूमीनियम की तापीय चालकता लोहे की तापीय चालकता से दोगुनी है और तांबे की आधी तापीय चालकता के बराबर है। इसकी विद्युत चालकता बहुत अधिक है लोहे की विद्युत चालकता से अधिक और तांबे की विद्युत चालकता के 60% तक पहुंच जाती है।

कुछ क्रोमियम कास्ट आयरन की संरचना और यांत्रिक गुण।

मिश्र धातु संकोचन गुहाओं के लिए बहुत प्रवण है। मिश्र धातु की तापीय चालकता लोहे की लगभग आधी तापीय चालकता है, जिसे क्रोमियम कच्चा लोहा से तापीय उपकरण के निर्माण में ध्यान में रखा जाना चाहिए।

तांबे की चाप 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 बन जाती हैं। कॉपर 1083 C के तापमान पर पिघलता है।

टाइटेनियम की लोच का मापांक लोहे की तुलना में लगभग आधा है, तांबे की मिश्र धातुओं के मापांक के समान स्तर पर है और एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक है। टाइटेनियम की तापीय चालकता कम है: यह एल्यूमीनियम की तापीय चालकता का लगभग 7% और लोहे की तापीय चालकता का 165% है। बनाने 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 अधिक और एल्यूमीनियम की तुलना में 20 गुना अधिक है।

टाइटेनियम की लोच का मापांक लोहे की तुलना में लगभग आधा है, तांबे की मिश्र धातुओं के मापांक के समान स्तर पर है और एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत 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।

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

इन सभी आवश्यकताओं को कम कार्बन सामग्री वाले लौह, कार्बन और कम मिश्र धातु संरचनात्मक स्टील्स द्वारा पूरा किया जाता है: लौह का पिघलने बिंदु 1535 सी है, दहन तापमान 1200 सी है, लौह ऑक्साइड का पिघलने बिंदु 1370 सी है। थर्मल प्रभाव ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की संख्या काफी अधिक है: 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 इसके मिश्र, अपने उच्च भौतिक और रासायनिक गुणों के कारण, खाद्य और अन्य उद्योगों में विमानन और रॉकेट प्रौद्योगिकी, रासायनिक इंजीनियरिंग, उपकरण, जहाज निर्माण और मैकेनिकल इंजीनियरिंग के लिए संरचनात्मक सामग्री के रूप में तेजी से उपयोग किए जा रहे हैं। टाइटेनियम स्टील की तुलना में लगभग दो गुना हल्का है, इसका घनत्व 45 ग्राम / सेमी 3 है, इसमें उच्च यांत्रिक गुण हैं, सामान्य और उच्च तापमान पर संक्षारण प्रतिरोध और कई सक्रिय मीडिया में, टाइटेनियम की तापीय चालकता तापीय चालकता से लगभग चार गुना कम है लोहे का।

ऐसा ही एक समाधान यह है कि ठंडी सतह पर पाइप घाव को केवल इस सतह पर वेल्ड किया जाता है, जिसके बाद पाइप-टू-शेल जोड़ को लोहे के पाउडर के साथ मिश्रित एपॉक्सी राल के साथ लेपित किया जाता है। मिश्रण की तापीय चालकता लोहे के करीब है। परिणाम शेल और पाइप के बीच एक अच्छा थर्मल संपर्क है, जो शेल की शीतलन स्थिति में सुधार करता है।

ये सभी शर्तें आयरन और कार्बन स्टील्स द्वारा पूरी की जाती 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 के साथ उनकी तापीय चालकता कैसे बदलती है। घटते तापमान के साथ स्टील की तापीय चालकता बढ़ जाती 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, की तापीय चालकता 0 35 cal cm-1 s - 19C - at - 173 C और 0 85 cal cm - x Xs - 10C - पर होती है। -243 सी।

सोल्डरिंग आयरन, गैस बर्नर के साथ सोल्डरिंग, पिघला हुआ सोल्डर और भट्टियों में विसर्जन सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला सोल्डरिंग है। इसके उपयोग में सीमाएं केवल इस तथ्य के कारण होती हैं कि 350 सी के तापमान पर टांका लगाने वाले लोहे के साथ केवल पतली दीवार वाले भागों को मिलाया जा सकता है। बड़े हिस्से, उनकी उच्च तापीय चालकता के कारण, जो लोहे की तापीय चालकता का 6 गुना है, गैस बर्नर के साथ मिलाया जाता है। ट्यूबलर कॉपर हीट एक्सचेंजर्स के लिए, पिघला हुआ नमक और सोल्डर में विसर्जन द्वारा सोल्डरिंग का उपयोग किया जाता है। नमक में विसर्जन द्वारा टांका लगाने पर, एक नियम के रूप में, नमक स्नान भट्टियों का उपयोग किया जाता है। नमक आमतौर पर गर्मी का एक स्रोत होता है और इसका प्रवाह प्रभाव होता है, इसलिए सोल्डरिंग के दौरान अतिरिक्त फ्लक्सिंग की आवश्यकता नहीं होती है। बाथ ब्रेज़िंग में, प्री-फ्लक्स किए गए हिस्सों को सोल्डर मेल्ट में गर्म किया जाता है जो सोल्डरिंग तापमान पर संयुक्त अंतराल को भरता है। सोल्डर मिरर सक्रिय कार्बन या अक्रिय गैस द्वारा सुरक्षित है। नमक स्नान में टांका लगाने का नुकसान कुछ मामलों में नमक या प्रवाह अवशेषों को हटाने की असंभवता है।

तांबे की उच्च तापीय चालकता और इसकी अन्य उपयोगी विशेषताएं मनुष्य द्वारा इस धातु के प्रारंभिक विकास के कारणों में से एक थीं। और आज तक वे हमारे जीवन के लगभग सभी क्षेत्रों में आवेदन पाते हैं।

तापीय चालकता के बारे में थोड़ा

भौतिकी में, तापीय चालकता को किसी वस्तु में अधिक गर्म कणों से कम गर्म कणों में ऊर्जा की गति के रूप में समझा जाता है। इस प्रक्रिया के लिए धन्यवाद, समग्र रूप से विचाराधीन वस्तु का तापमान समतल होता है। गर्मी का संचालन करने की क्षमता का मूल्य थर्मल चालकता के गुणांक द्वारा विशेषता है। यह पैरामीटर गर्मी की मात्रा के बराबर है जो 1 मीटर मोटी सामग्री एक इकाई तापमान अंतर पर एक सेकंड के लिए 1 एम 2 के सतह क्षेत्र से होकर गुजरती है।

तांबे में 20 से 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 394 डब्ल्यू / (एम * के) की तापीय चालकता होती है। इसका मुकाबला सिर्फ चांदी ही कर सकती है। और स्टील और लोहे के लिए, यह आंकड़ा क्रमशः 9 और 6 गुना कम है (तालिका देखें)। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि तांबे से बने उत्पादों की तापीय चालकता काफी हद तक अशुद्धियों पर निर्भर करती है (हालांकि, यह अन्य धातुओं पर भी लागू होती है)। उदाहरण के लिए, ऊष्मा चालन की दर घट जाती है यदि पदार्थ जैसे:

• लोहा;
• आर्सेनिक;
• ऑक्सीजन;
• सेलेनियम;
• एल्यूमीनियम;
• सुरमा;
• फास्फोरस;
• गंधक

यदि आप तांबे में जस्ता मिलाते हैं, तो आपको पीतल मिलता है, जिसमें बहुत कम तापीय चालकता होती है। इसी समय, तांबे में अन्य पदार्थों को जोड़ने से तैयार उत्पादों की लागत में काफी कमी आ सकती है और उन्हें ताकत और पहनने के प्रतिरोध जैसी विशेषताएं मिल सकती हैं। उदाहरण के लिए, पीतल को उच्च तकनीकी, यांत्रिक और घर्षण-विरोधी गुणों की विशेषता है।

चूंकि उच्च तापीय चालकता पूरे वस्तु में ताप ऊर्जा के तेजी से वितरण की विशेषता है, इसलिए तांबे का व्यापक रूप से गर्मी हस्तांतरण प्रणालियों में उपयोग किया गया है। फिलहाल, गर्मी को जल्दी से दूर करने के लिए रेफ्रिजरेटर, वैक्यूम प्लांट और कारों के लिए रेडिएटर और ट्यूब इससे बनाए जाते हैं। इसके अलावा, तांबे के तत्वों का उपयोग हीटिंग प्रतिष्ठानों में किया जाता है, लेकिन पहले से ही हीटिंग के लिए।

धातु की तापीय चालकता को उच्च स्तर पर बनाए रखने के लिए (और, इसलिए, तांबे के उपकरणों के संचालन को यथासंभव कुशल बनाने के लिए), सभी ताप विनिमय प्रणालियों में प्रशंसकों द्वारा मजबूर वायु प्रवाह का उपयोग किया जाता है। यह निर्णय इस तथ्य के कारण है कि माध्यम के तापमान में वृद्धि के साथ, किसी भी सामग्री की तापीय चालकता काफी कम हो जाती है, क्योंकि गर्मी हस्तांतरण धीमा हो जाता है।

एल्युमिनियम और कॉपर - कौन सा बेहतर है?

तांबे की तुलना में एल्यूमीनियम का एक नुकसान है: इसकी तापीय चालकता 1.5 गुना कम है, अर्थात् 201–235 W / (m * K)। हालांकि, अन्य धातुओं की तुलना में, ये मूल्य काफी अधिक हैं। तांबे की तरह एल्युमीनियम में भी उच्च जंग रोधी गुण होते हैं। इसके अलावा, इसके फायदे हैं जैसे:

• कम घनत्व (विशिष्ट गुरुत्व तांबे की तुलना में 3 गुना कम है);
• कम लागत (तांबे से 3.5 गुना कम)।

सरल गणना के लिए धन्यवाद, यह पता चला है कि एल्यूमीनियम का हिस्सा तांबे की तुलना में लगभग 10 गुना सस्ता हो सकता है, क्योंकि इसका वजन बहुत कम होता है और यह एक सस्ती सामग्री से बना होता है। यह तथ्य, उच्च तापीय चालकता के साथ, एल्यूमीनियम के उपयोग को व्यंजन के लिए सामग्री और ओवन के लिए खाद्य पन्नी के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। एल्यूमीनियम का मुख्य नुकसान यह है कि यह नरम है, इसलिए इसका उपयोग केवल मिश्र धातुओं (उदाहरण के लिए, ड्यूरलुमिन) में किया जा सकता है।

कुशल गर्मी हस्तांतरण के लिए, पर्यावरण में गर्मी हस्तांतरण की दर एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, और यह सक्रिय रूप से रेडिएटर उड़ाने से बढ़ावा देता है। नतीजतन, एल्यूमीनियम (तांबे के सापेक्ष) की कम तापीय चालकता को समतल किया जाता है, और उपकरणों का वजन और लागत कम हो जाती है। ये महत्वपूर्ण लाभ एल्यूमीनियम को एयर कंडीशनिंग सिस्टम में उपयोग से तांबे को धीरे-धीरे बदलने की अनुमति देते हैं।

कुछ उद्योगों में, जैसे कि रेडियो और इलेक्ट्रॉनिक्स, तांबा अपरिहार्य है। तथ्य यह है कि यह धातु स्वाभाविक रूप से बहुत प्लास्टिक है: इसे बेहद पतले तार (0.005 मिमी) में खींचा जा सकता है, साथ ही इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए अन्य विशिष्ट प्रवाहकीय तत्व भी बना सकते हैं। और उच्च तापीय चालकता तांबे को बिजली के उपकरणों के संचालन के दौरान अनिवार्य रूप से होने वाली गर्मी को बहुत प्रभावी ढंग से हटाने की अनुमति देती है, जो आधुनिक उच्च-सटीकता के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, लेकिन एक ही समय में कॉम्पैक्ट तकनीक।

तांबे का उपयोग उन मामलों में प्रासंगिक है जहां स्टील के हिस्से पर एक निश्चित आकार की सरफेसिंग की आवश्यकता होती है। इस मामले में, एक तांबे के टेम्पलेट का उपयोग किया जाता है, जो वेल्डेड होने वाले तत्व से जुड़ा नहीं होता है। इन उद्देश्यों के लिए एल्यूमीनियम का उपयोग असंभव है, क्योंकि इसे पिघलाया या जलाया जाएगा। यह भी उल्लेखनीय है कि तांबा कार्बन आर्क वेल्डिंग में कैथोड के रूप में कार्य करने में सक्षम है।

1 - गियर, 2 - बन्धन टेम्प्लेट, 3 - जमा गियर दांत, 4 - कॉपर टेम्प्लेट

तांबे और उसके मिश्र धातुओं की उच्च तापीय चालकता के नुकसान

तांबा पीतल या एल्यूमीनियम की तुलना में बहुत अधिक महंगा है। साथ ही, इस धातु में इसकी कमियां हैं, सीधे इसके फायदे से संबंधित हैं। उच्च तापीय चालकता तांबे के तत्वों को काटने, वेल्डिंग और टांका लगाने के दौरान विशेष परिस्थितियों को बनाने की आवश्यकता की ओर ले जाती है। चूँकि तांबे के तत्वों को स्टील की तुलना में अधिक सांद्रित गर्म करने की आवश्यकता होती है। भाग को पहले से गरम करना और बाद में गर्म करना भी अक्सर आवश्यक होता है।

यह मत भूलो कि तांबे के पाइप को सावधानीपूर्वक इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है यदि उनमें एक मुख्य या हीटिंग सिस्टम वायरिंग होता है। जो अन्य सामग्रियों का उपयोग करने पर विकल्पों की तुलना में नेटवर्क स्थापित करने की लागत में वृद्धि की ओर जाता है।

तांबे के साथ भी कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं: इस प्रक्रिया के लिए अधिक शक्तिशाली बर्नर की आवश्यकता होगी। 8-10 मिमी की मोटाई वाली धातु को वेल्डिंग करते समय, दो या तीन मशालों की आवश्यकता होगी। जहां एक टार्च का इस्तेमाल वेल्डिंग के लिए किया जा रहा है, वहीं दूसरे हिस्से को गर्म कर रहा है। सामान्य तौर पर, तांबे के साथ वेल्डिंग कार्य के लिए उपभोग्य सामग्रियों के लिए बढ़ी हुई लागत की आवश्यकता होती है।

इसे विशेष उपकरणों का उपयोग करने की आवश्यकता के बारे में भी कहा जाना चाहिए। तो, 15 सेमी मोटी तक काटने के लिए, आपको एक कटर की आवश्यकता होगी जो 30 सेमी मोटी उच्च-क्रोमियम स्टील के साथ काम कर सके। इसके अलावा, एक ही उपकरण केवल 5 सेमी की मोटाई के साथ काम करने के लिए पर्याप्त है।

तालिका लोहे के घनत्व को दर्शाती है डी, साथ ही इसकी विशिष्ट ताप क्षमता के मान सीपी, ऊष्मीय विसरणशीलता ए, तापीय चालकता गुणांक λ , विधुतीय प्रतिरोधकर्ता ρ , लोरेंत्ज़ फ़ंक्शन एल/एल 0 विभिन्न तापमानों पर - 100 से 2000 K की सीमा में।

लोहे के गुण तापमान पर काफी निर्भर करते हैं: जब इस धातु को गर्म किया जाता है, तो इसका घनत्व, तापीय चालकता और तापीय प्रसार कम हो जाता है, और लोहे की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता का मूल्य बढ़ जाता है।

कमरे के तापमान पर लोहे का घनत्व 7870 किग्रा / मी 3 है. लोहे को गर्म करने पर उसका घनत्व कम हो जाता है। चूंकि स्टील की संरचना में लोहा मुख्य तत्व है, इसलिए लोहे का घनत्व भी मूल्य निर्धारित करता है। तापमान पर लोहे के घनत्व की निर्भरता कमजोर होती है - जब इसे गर्म किया जाता है, तो धातु का घनत्व कम हो जाता है और 1810 K या 1537 ° C के गलनांक पर न्यूनतम मान 7040 किग्रा / मी 3 हो जाता है।

तालिका के अनुसार लोहे की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 450 J/(kg deg) है 27 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर। संरचना के आधार पर, बढ़ते तापमान के साथ ठोस लोहे की विशिष्ट ताप क्षमता अलग-अलग बदलती है। तालिका में मान टीसी के पास लोहे की अधिकतम गर्मी क्षमता दिखाते हैं और संरचनात्मक संक्रमण के दौरान और पिघलने के दौरान कूदते हैं।

गलित अवस्था में लोहे के गुण बदल जाते हैं। तो, तरल लोहे का घनत्व कम हो जाता है और 7040 किग्रा / मी 3 के बराबर हो जाता है। गलित अवस्था में लोहे की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 835 J/(kg deg) होती है, जबकि लोहे की तापीय चालकता घटकर 39 W/(m deg) हो जाती है। इस मामले में, इस धातु का विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध बढ़ जाता है और 2000 K पर 138·10 -8 ओम का मान हो जाता है।

कमरे के तापमान पर लोहे की तापीय चालकता 80 W / (m deg) है. बढ़ते तापमान के साथ, लोहे की तापीय चालकता कम हो जाती है - इसका तापमान 100-1042 K के तापमान रेंज में नकारात्मक तापमान गुणांक होता है, और फिर थोड़ा बढ़ने लगता है। क्यूरी पॉइंट के पास लोहे की तापीय चालकता का न्यूनतम मान 25.4 W/(m deg) है। -γ संक्रमण के दौरान, तापीय चालकता में मामूली परिवर्तन देखा जाता है, जो -δ संक्रमण के दौरान भी होता है।

अशुद्धियों की मात्रा बढ़ने पर लोहे की तापीय चालकता तेजी से गिरती है।, विशेष रूप से और। बहुत शुद्ध इलेक्ट्रोलाइटिक लोहे में उच्चतम तापीय चालकता होती है - 27 ° C पर इसकी तापीय चालकता 95 W / (m deg) होती है।

तापमान पर लोहे की तापीय चालकता की निर्भरता भी इस धातु की शुद्धता की डिग्री से निर्धारित होती है। लोहा जितना शुद्ध होता है, उसकी तापीय चालकता उतनी ही अधिक होती है और निरपेक्ष मान में यह बढ़ते तापमान के साथ घटता जाता है।