Mainit- ito ay isa sa mga anyo ng enerhiya, na nakapaloob sa paggalaw ng mga atomo sa bagay. Sinusukat namin ang enerhiya ng paggalaw na ito gamit ang isang thermometer, bagaman hindi direkta.
Tulad ng lahat ng iba pang anyo ng enerhiya, ang init ay maaaring ilipat mula sa katawan patungo sa katawan. Nangyayari ito sa tuwing may mga katawan na may iba't ibang temperatura. Kasabay nito, hindi nila kailangang makipag-ugnay, dahil maraming mga paraan upang ilipat ang init. Namely:
Thermal conductivity. Ito ay ang paglipat ng init sa pamamagitan ng direktang pakikipag-ugnay sa pagitan ng dalawang katawan. (Ang katawan ay maaaring maging isa kung ang mga bahagi nito ay may iba't ibang temperatura.) Bukod dito, mas malaki ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng mga katawan at mas malaki ang lugar ng kanilang pagdikit, mas maraming init ang inililipat bawat segundo. Bilang karagdagan, ang dami ng init na inilipat ay depende sa materyal - halimbawa, karamihan sa mga metal ay nagsasagawa ng init nang maayos, habang ang kahoy at plastik ay mas malala. Ang halaga na nagpapakilala sa kakayahang maglipat ng init ay tinatawag ding thermal conductivity (mas tama, ang koepisyent ng thermal conductivity), na maaaring humantong sa ilang pagkalito.
Kung kinakailangan upang sukatin ang thermal conductivity ng anumang materyal, kung gayon ito ay karaniwang isinasagawa sa sumusunod na eksperimento: ang isang baras ay ginawa mula sa materyal na interes at ang isang dulo ay pinananatili sa isang temperatura, at ang isa sa ibang, para sa halimbawa, mas mababang temperatura. Hayaan, halimbawa, ang malamig na dulo ay ilagay sa tubig na may yelo - sa paraang ito ay mapapanatili ang isang pare-parehong temperatura, at sa pamamagitan ng pagsukat sa rate ng pagtunaw ng yelo, mahuhusgahan ng isa ang dami ng init na natanggap. Ang paghati sa dami ng init (o sa halip, kapangyarihan) sa pagkakaiba sa temperatura at ang cross section ng baras at pagpaparami sa haba nito, nakuha namin ang thermal conductivity coefficient, na sinusukat, tulad ng sumusunod mula sa itaas, sa J * m / K * m 2 * s, iyon ay, sa W / K * m. Sa ibaba makikita mo ang isang talahanayan ng thermal conductivity ng ilang mga materyales.
| materyal | Thermal conductivity, W/(m K) |
| brilyante | 1001—2600 |
| pilak | 430 |
| tanso | 401 |
| beryllium oxide | 370 |
| ginto | 320 |
| aluminyo | 202—236 |
| Silicon | 150 |
| tanso | 97—111 |
| Chromium | 107 |
| bakal | 92 |
| Platinum | 70 |
| Tin | 67 |
| zinc oxide | 54 |
| bakal | 47 |
| Aluminyo oksido | 40 |
| Kuwarts | 8 |
| Granite | 2,4 |
| solidong kongkreto | 1,75 |
| basalt | 1,3 |
| Salamin | 1-1,15 |
| Thermal grease KPT-8 | 0,7 |
| Tubig sa ilalim ng normal na kondisyon | 0,6 |
| Building brick | 0,2—0,7 |
| Kahoy | 0,15 |
| Mga langis ng petrolyo | 0,12 |
| sariwang niyebe | 0,10—0,15 |
| salamin na lana | 0,032-0,041 |
| lana ng bato | 0,034-0,039 |
| Hangin (300 K, 100 kPa) | 0,022 |
Tulad ng makikita, ang thermal conductivity ay naiiba sa maraming mga order ng magnitude. Ang brilyante at ilang metal oxide ay nakakagulat na mahusay na nagsasagawa ng init (kumpara sa iba pang dielectrics), ang hangin, snow at KPT-8 thermal paste ay hindi nagsasagawa ng init nang maayos.
Ngunit nakasanayan na nating isipin na ang hangin ay nagsasagawa ng init nang maayos, at ang cotton wool ay hindi, bagaman maaari itong maging 99% na hangin. Ang bagay ay kombeksyon. Ang mainit na hangin ay mas magaan kaysa sa malamig na hangin at "lumulutang" pataas, na nagbibigay ng patuloy na sirkulasyon ng hangin sa paligid ng isang mainit o napakalamig na katawan. Ang kombeksyon ay nagpapabuti sa paglipat ng init sa pamamagitan ng isang pagkakasunud-sunod ng magnitude: sa kawalan nito, magiging napakahirap na pakuluan ang isang palayok ng tubig nang hindi ito patuloy na hinahalo. At sa saklaw mula 0°C hanggang 4°C, tubig kapag pinainit lumiliit, na humahantong sa convection sa kabaligtaran ng direksyon mula sa karaniwan. Ito ay humahantong sa katotohanan na, anuman ang temperatura ng hangin, sa ilalim ng malalalim na lawa ang temperatura ay palaging nakatakda sa 4°C.
Upang mabawasan ang paglipat ng init, ang hangin ay pumped out mula sa espasyo sa pagitan ng mga pader ng thermoses. Ngunit dapat tandaan na ang thermal conductivity ng hangin ay nakasalalay nang kaunti sa presyon hanggang sa 0.01 mm Hg, iyon ay, ang mga hangganan ng malalim na vacuum. Ang kababalaghan na ito ay ipinaliwanag ng teorya ng mga gas.
Ang isa pang paraan ng paglipat ng init ay radiation. Ang lahat ng mga katawan ay nagpapalabas ng enerhiya sa anyo ng mga electromagnetic wave, ngunit ang mga sapat na pinainit lamang (~600°C) ay nag-radiate sa nakikitang saklaw. Ang lakas ng radiation kahit na sa temperatura ng silid ay medyo malaki - mga 40 mW s 1 cm 2 . Sa mga tuntunin ng ibabaw na lugar ng katawan ng tao (~ 1m 2), ito ay magiging 400W. Ang tanging bagay na nagliligtas sa atin ay na sa kapaligiran na ating nakasanayan, ang lahat ng mga katawan sa paligid natin ay nagniningning din na may humigit-kumulang na parehong kapangyarihan. Ang kapangyarihan ng radiation, sa pamamagitan ng paraan, ay lubos na nakasalalay sa temperatura (tulad ng T 4), ayon sa batas Stefan-Boltzmann. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na, halimbawa, sa 0°C, ang kapangyarihan ng thermal radiation ay humigit-kumulang isa at kalahating beses na mas mahina kaysa sa 27°C.
Hindi tulad ng pagpapadaloy ng init, ang radiation ay maaaring magpalaganap sa isang kumpletong vacuum - salamat dito na ang mga nabubuhay na organismo sa Earth ay tumatanggap ng enerhiya ng Araw. Kung ang paglipat ng init sa pamamagitan ng radiation ay hindi kanais-nais, kung gayon ito ay mababawasan sa pamamagitan ng paglalagay ng mga opaque na partisyon sa pagitan ng malamig at mainit na mga bagay, o ang pagsipsip ng radiation ay nabawasan (at ang paglabas, sa pamamagitan ng paraan, sa eksaktong parehong lawak), na sumasakop sa ibabaw na may manipis salamin na layer ng metal, halimbawa, pilak.
- Ang data sa thermal conductivity ay kinuha mula sa Wikipedia, at nakarating sila doon mula sa mga reference na libro, gaya ng:
- "Mga Pisikal na Dami" ed. I. S. Grigorieva
- Handbook ng Chemistry at Physics ng CRC
- Ang isang mas mahigpit na paglalarawan ng thermal conductivity ay matatagpuan sa isang aklat-aralin sa pisika, halimbawa, sa "General Physics" ni D.V. Sivukhin (Volume 2). Ang Volume 4 ay may kabanata sa thermal radiation (kabilang ang batas ng Stefan-Boltzmann)
Sa maraming sangay ng modernong industriya, ang isang materyal tulad ng tanso ay napakalawak na ginagamit. Ang electrical conductivity ng metal na ito ay napakataas. Ipinapaliwanag nito ang pagiging angkop ng paggamit nito lalo na sa electrical engineering. Ang tanso ay gumagawa ng mga conductor na may mahusay na mga katangian ng pagganap. Siyempre, ang metal na ito ay ginagamit hindi lamang sa electrical engineering, kundi pati na rin sa iba pang mga industriya. Ang pangangailangan nito ay ipinaliwanag, bukod sa iba pang mga bagay, sa pamamagitan ng mga katangian nito tulad ng paglaban sa pinsala sa kaagnasan sa isang bilang ng mga agresibong kapaligiran, refractoriness, ductility, atbp.
Sanggunian sa kasaysayan
Ang tanso ay isang metal na kilala sa tao mula pa noong unang panahon. Ang maagang pagkakakilala ng mga tao sa materyal na ito ay ipinaliwanag pangunahin sa pamamagitan ng malawak na pamamahagi nito sa kalikasan sa anyo ng mga nuggets. Maraming mga siyentipiko ang naniniwala na ang tanso ang unang metal na nakuhang muli ng tao mula sa mga compound ng oxygen. Noong unang panahon, ang mga bato ay pinainit lamang sa apoy at pinalamig nang husto, bilang isang resulta kung saan sila ay nag-crack. Nang maglaon, ang pagbawi ng tanso ay nagsimulang isagawa sa mga apoy kasama ang pagdaragdag ng karbon at pag-ihip ng mga bubulusan. Ang pagpapabuti ng pamamaraang ito sa kalaunan ay humantong sa paglikha. Kahit na nang maglaon, ang metal na ito ay nagsimulang makuha sa pamamagitan ng oxidative smelting ng mga ores.
Copper: electrical conductivity ng materyal
Sa pamamahinga, lahat ng libreng electron ng anumang metal ay umiikot sa nucleus. Kapag ang isang panlabas na pinagmumulan ng impluwensya ay konektado, sila ay pumila sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod at nagiging kasalukuyang mga carrier. Ang antas ng kakayahan ng isang metal na ipasa ang huli sa sarili nito ay tinatawag na electrical conductivity. Ang yunit ng pagsukat nito sa International SI ay siemens, na tinukoy bilang 1 cm = 1 ohm -1.
Ang electrical conductivity ng tanso ay napakataas. Ayon sa tagapagpahiwatig na ito, nalampasan nito ang lahat ng mga base metal na kilala ngayon. Tanging ang pilak ay pumasa sa kasalukuyang mas mahusay kaysa dito. Ang electrical conductivity index ng tanso ay 57x104 cm -1 sa temperatura na +20 °C. Dahil sa ari-arian na ito, ang metal na ito ay kasalukuyang pinakakaraniwang konduktor sa lahat ng ginagamit para sa mga layuning pang-industriya at domestic.
Ang tanso ay perpektong nakatiis ng permanente at nakikilala din sa pagiging maaasahan at tibay. Sa iba pang mga bagay, ang metal na ito ay nailalarawan din ng isang mataas na punto ng pagkatunaw (1083.4 ° C). At ito, sa turn, ay nagpapahintulot sa tanso na gumana nang mahabang panahon sa isang pinainit na estado. Sa mga tuntunin ng pagkalat bilang kasalukuyang konduktor, ang aluminyo lamang ang maaaring makipagkumpitensya sa metal na ito.
Impluwensya ng mga impurities sa electrical conductivity ng tanso
Siyempre, sa ating panahon, mas maraming mga advanced na pamamaraan ang ginagamit upang tunawin ang pulang metal na ito kaysa noong unang panahon. Gayunpaman, kahit ngayon ay halos imposible na makakuha ng ganap na purong Cu. Palaging mayroong iba't ibang uri ng mga dumi sa tanso. Maaari itong maging, halimbawa, silikon, bakal o beryllium. Samantala, mas maraming impurities sa tanso, mas mababa ang electrical conductivity nito. Para sa paggawa ng mga wire, halimbawa, sapat na purong metal lamang ang angkop. Ayon sa mga regulasyon, ang tanso na may halaga ng mga impurities na hindi hihigit sa 0.1% ay maaaring gamitin para sa layuning ito.
Kadalasan ang metal na ito ay naglalaman ng isang tiyak na porsyento ng asupre, arsenic at antimony. Ang unang sangkap ay makabuluhang binabawasan ang plasticity ng materyal. Ang electrical conductivity ng tanso at asupre ay ibang-iba. Ang karumihang ito ay hindi nagsasagawa ng kasalukuyang. Iyon ay, ito ay isang mahusay na insulator. Gayunpaman, ang asupre ay halos walang epekto sa electrical conductivity ng tanso. Ang parehong naaangkop sa thermal conductivity. Sa antimony at arsenic, ang reverse na larawan ay sinusunod. Ang mga elementong ito ay maaaring makabuluhang bawasan ang electrical conductivity ng tanso.
Mga haluang metal
Ang iba't ibang mga additives ay maaari ding gamitin partikular upang madagdagan ang lakas ng tulad ng isang plastic na materyal bilang tanso. Binabawasan din nila ang electrical conductivity nito. Ngunit sa kabilang banda, ang kanilang paggamit ay maaaring makabuluhang pahabain ang buhay ng serbisyo ng iba't ibang uri ng mga produkto.
Kadalasan, ang Cd (0.9%) ay ginagamit bilang isang additive na nagpapataas ng lakas ng tanso. Ang resulta ay cadmium bronze. Ang conductivity nito ay 90% na tanso. Minsan ginagamit din ang aluminyo bilang additive sa halip na cadmium. Ang conductivity ng metal na ito ay 65% ng tanso. Upang madagdagan ang lakas ng mga wire sa anyo ng isang additive, maaaring gamitin ang iba pang mga materyales at sangkap - lata, posporus, kromo, beryllium. Ang resulta ay tanso ng isang tiyak na grado. Ang kumbinasyon ng tanso at sink ay tinatawag na tanso.
Mga katangian ng haluang metal
Maaari itong nakasalalay hindi lamang sa dami ng mga impurities na naroroon sa kanila, kundi pati na rin sa iba pang mga tagapagpahiwatig. Halimbawa, habang ang temperatura ng pag-init ay tumataas, ang kakayahan ng tanso na dumaan sa kasalukuyang sa pamamagitan ng sarili nito ay bumababa. Kahit na ang paraan ng paggawa nito ay nakakaapekto sa electrical conductivity ng naturang wire. Sa pang-araw-araw na buhay at sa produksyon, ang parehong malambot na annealed copper conductor at hard-drawn ay maaaring gamitin. Sa unang iba't-ibang, ang kakayahang magpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng sarili nito ay mas mataas.
Gayunpaman, ang pinaka-impluwensya, siyempre, ang mga additives na ginamit at ang kanilang halaga sa electrical conductivity ng tanso. Ang talahanayan sa ibaba ay nagbibigay sa mambabasa ng komprehensibong impormasyon tungkol sa kasalukuyang kapasidad ng pagdadala ng mga pinakakaraniwang haluang metal na ito.
Haluang metal | Kundisyon (O - annealed, T-hard drawn) | Conductivity (%) |
purong tanso | ||
Tin bronze (0.75%) | ||
Cadmium bronze (0.9%) | ||
Aluminum bronze (2.5% A1, 2% Sn) | ||
Phosphor bronze (7% Sn, 0.1% P) | ||
Ang electrical conductivity ng tanso at tanso ay maihahambing. Gayunpaman, para sa unang metal, ang figure na ito, siyempre, ay bahagyang mas mababa. Ngunit sa parehong oras ito ay mas mataas kaysa sa mga tanso. Ang tanso ay malawakang ginagamit bilang isang konduktor. Nagpapadala ito ng kasalukuyang mas masahol kaysa sa tanso, ngunit sa parehong oras ay mas mababa ang gastos nito. Kadalasan, ang mga contact, clamp at iba't ibang bahagi para sa kagamitan sa radyo ay gawa sa tanso.
Mataas na pagtutol ng mga haluang tanso
Ang ganitong mga materyales sa konduktor ay pangunahing ginagamit sa paggawa ng mga resistor, rheostat, mga instrumento sa pagsukat at mga de-koryenteng kagamitan sa pag-init. Ang pinakakaraniwang ginagamit na tansong haluang metal para sa layuning ito ay constantan at manganin. Ang resistivity ng una (86% Cu, 12% Mn, 2% Ni) ay 0.42-0.48 µOhm/m, at ang pangalawa (60% Cu, 40% Ni) ay 0.48-0.52 µOhm/m.
Kaugnayan sa koepisyent ng thermal conductivity
Copper - 59,500,000 S/m. Ang tagapagpahiwatig na ito, tulad ng nabanggit na, ay tama, ngunit lamang sa isang temperatura ng +20 o C. Mayroong isang tiyak na kaugnayan sa pagitan ng thermal conductivity ng anumang metal at ang tiyak na conductivity. Itinatag ang kanyang batas sa Wiedemann-Franz. Ginagawa ito para sa mga metal sa mataas na temperatura at ipinahayag sa sumusunod na formula: K / γ \u003d π 2 / 3 (k / e) 2 T, kung saan ang y ay ang tiyak na kondaktibiti, k ay ang Boltzmann constant, e ang elementary singilin.
Siyempre, may katulad na koneksyon sa isang metal tulad ng tanso. Ang thermal conductivity at electrical conductivity nito ay napakataas. Ito ay nasa pangalawang lugar pagkatapos ng pilak sa parehong mga tagapagpahiwatig na ito.
Koneksyon ng mga wire ng tanso at aluminyo
Kamakailan, ang mga de-koryenteng kagamitan na mas mataas ang kapangyarihan ay nagsimula nang gamitin sa pang-araw-araw na buhay at industriya. Noong panahon ng Sobyet, ang mga kable ay pangunahing ginawa mula sa murang aluminyo. Sa kasamaang palad, ang mga katangian ng pagpapatakbo nito ay hindi na tumutugma sa mga bagong kinakailangan. Samakatuwid, ngayon sa pang-araw-araw na buhay at sa industriya ay madalas silang nagbabago sa tanso. Ang pangunahing bentahe ng huli, bilang karagdagan sa kanilang refractoriness, ay ang kanilang mga conductive properties ay hindi bumababa sa panahon ng proseso ng oxidative.
Kadalasan, kapag nag-modernize ng mga de-koryenteng network, kailangang ikonekta ang mga wire ng aluminyo at tanso. Hindi mo maaaring gawin ito nang direkta. Sa totoo lang, ang electrical conductivity ng aluminyo at tanso ay hindi masyadong naiiba. Ngunit para lamang sa mga metal na ito mismo. Ang mga oxidation film ng aluminyo at tanso ay may iba't ibang katangian. Dahil dito, ang conductivity sa junction ay makabuluhang nabawasan. Ang oxidation film ng aluminyo ay mas lumalaban kaysa sa tanso. Samakatuwid, ang koneksyon ng dalawang uri ng conductor na ito ay dapat gawin ng eksklusibo sa pamamagitan ng mga espesyal na adapter. Ang mga ito ay maaaring, halimbawa, mga clamp na naglalaman ng isang paste na nagpoprotekta sa mga metal mula sa hitsura ng oxide. Ang bersyon na ito ng mga adaptor ay karaniwang ginagamit kapag nasa labas. Ang mga branch clamp ay mas madalas na ginagamit sa loob ng bahay. Kasama sa kanilang disenyo ang isang espesyal na plato na hindi kasama ang direktang kontak sa pagitan ng aluminyo at tanso. Sa kawalan ng naturang mga konduktor sa mga kondisyon sa tahanan, sa halip na i-twist ang mga wire nang direkta, inirerekomenda na gumamit ng washer at nut bilang isang intermediate na "tulay".
Mga Katangiang Pisikal
Kaya, nalaman namin kung ano ang electrical conductivity ng tanso. Maaaring mag-iba ang indicator na ito depende sa mga impurities na bumubuo sa metal na ito. Gayunpaman, ang pangangailangan para sa tanso sa industriya ay tinutukoy din ng iba pang mga kapaki-pakinabang na pisikal na katangian nito, na maaaring makuha mula sa talahanayan sa ibaba.
Parameter | Ibig sabihin |
Kubiko na nakasentro sa mukha, a=3.6074 Å |
|
Atomic radius | |
Tiyak na init | 385.48 j/(kg K) sa +20 o C |
Thermal conductivity | 394.279 W / (m K) sa +20 ° C |
Elektrisidad na paglaban | 1.68 10-8 Ohm m |
Linear expansion coefficient | |
Katigasan | |
Lakas ng makunat |
Mga katangian ng kemikal
Ayon sa mga katangiang ito, ang tanso, na ang electrical at thermal conductivity ay napakataas, ay sumasakop sa isang intermediate na posisyon sa pagitan ng mga elemento ng unang triad ng ikawalong grupo at ang mga alkaline na elemento ng unang pangkat ng periodic table. Ang mga pangunahing katangian ng kemikal nito ay kinabibilangan ng:
pagkahilig sa kumplikadong pagbuo;
ang kakayahang magbigay ng mga kulay na compound at hindi matutunaw na sulfide.
Ang pinaka-katangian ng tanso ay ang divalent state. Ito ay halos walang pagkakatulad sa mga metal na alkali. Mababa rin ang aktibidad ng kemikal nito. Sa pagkakaroon ng CO 2 o kahalumigmigan, isang berdeng carbonate film ang bumubuo sa ibabaw ng tanso. Ang lahat ng tansong asin ay lason. Sa mono- at divalent na estado, ang metal na ito ay bumubuo ng mga napakatatag. Ang mga metal na ammonia ay pinakamahalaga para sa industriya.
Saklaw ng paggamit
Ang mataas na thermal at electrical conductivity ng tanso ay tumutukoy sa malawak na aplikasyon nito sa iba't ibang industriya. Siyempre, kadalasan ang metal na ito ay ginagamit sa electrical engineering. Gayunpaman, ito ay malayo sa tanging lugar ng aplikasyon nito. Sa iba pang mga bagay, maaaring gamitin ang tanso:
sa alahas;
sa arkitektura;
kapag nagtitipon ng mga sistema ng pagtutubero at pag-init;
sa mga pipeline ng gas.
Para sa paggawa ng iba't ibang uri ng alahas, isang haluang metal na tanso at ginto ang pangunahing ginagamit. Pinapayagan ka nitong dagdagan ang paglaban ng alahas sa pagpapapangit at pagkagalos. Sa arkitektura, ang tanso ay maaaring gamitin para sa pag-cladding ng mga bubong at facade. Ang pangunahing bentahe ng pagtatapos na ito ay tibay. Halimbawa, ang bubong ng isang kilalang landmark ng arkitektura, ang Catholic Cathedral sa German city of Hildesheim, ay nababalutan ng mga sheet ng partikular na metal na ito. Ang tansong bubong ng gusaling ito ay mapagkakatiwalaang pinoprotektahan ang panloob na espasyo nito sa loob ng halos 700 taon.
Komunikasyon sa Engineering
Ang mga pangunahing bentahe ng pagtutubero ng tanso ay tibay at pagiging maaasahan din. Bilang karagdagan, ang metal na ito ay nakapagbibigay ng mga espesyal na natatanging katangian ng tubig, na ginagawa itong kapaki-pakinabang para sa katawan. Para sa pagpupulong ng mga pipeline ng gas at mga sistema ng pag-init, ang mga tubo ng tanso ay perpekto din - pangunahin dahil sa kanilang resistensya sa kaagnasan at kalagkit. Sa kaganapan ng isang emergency na pagtaas sa presyon, ang mga naturang linya ay maaaring makatiis ng isang mas malaking pagkarga kaysa sa mga bakal. Ang tanging disbentaha ng mga pipeline ng tanso ay ang kanilang mataas na gastos.
Pahina 3
Ang thermal conductivity ng enamel coating, kahit na may ordinaryong enamel, ay medyo mababa, - 0 8 - 1 0 watts per meter degree. Para sa paghahambing: ang thermal conductivity ng bakal ay 65; bakal - 70 - 80; tanso - 330 watts bawat metrong degree. Sa pagkakaroon ng mga bula ng gas sa enamel, na humahantong sa pagbawas sa maliwanag na density nito, bumababa ang thermal conductivity. Halimbawa, na may maliwanag na density ng enamel na 2.48 gramo bawat cubic centimeter, ang thermal conductivity ay 1.18 watts bawat meter degree, pagkatapos ay may maliwanag na density na 2.20 gramo bawat cubic centimeter, ang thermal conductivity ay 0.46 watts bawat meter degree.
Ang kristal na sala-sala ng aluminyo ay binubuo, tulad ng sa maraming iba pang mga metal, ng mga nakasentro sa mukha na mga cube (tingnan ang p. Ang thermal conductivity ng aluminyo ay dalawang beses ang thermal conductivity ng bakal at katumbas ng kalahati ng thermal conductivity ng tanso. Ang electrical conductivity nito ay marami. mas mataas kaysa sa electrical conductivity ng bakal at umabot sa 60% ng electrical conductivity ng tanso.
| Komposisyon at mekanikal na katangian ng ilang chromium cast iron. |
Ang haluang metal ay napakadali sa pag-urong ng mga lukab. Ang thermal conductivity ng haluang metal ay halos kalahati ng thermal conductivity ng bakal, na dapat isaalang-alang sa paggawa ng mga thermal equipment mula sa chromium cast iron.
Kapag ang arc welding tanso, dapat itong isaalang-alang na ang thermal conductivity ng tanso ay humigit-kumulang anim na beses na mas malaki kaysa sa thermal conductivity ng bakal. Sa lakas ng tanso ay nababawasan na ang mga bitak ay nabubuo kahit na may magaan na epekto. Ang tanso ay natutunaw sa temperatura na 1083 C.
Ang modulus ng elasticity ng titanium ay halos kalahati ng iron, ay nasa parehong antas sa modulus ng mga tansong haluang metal at mas mataas kaysa sa aluminyo. Ang thermal conductivity ng titanium ay mababa: ito ay tungkol sa 7% ng thermal conductivity ng aluminyo at 165% ng thermal conductivity ng bakal. Dapat itong isaalang-alang kapag nagpainit ng metal para sa pagbuo at hinang. Ang electrical resistance ng titanium ay humigit-kumulang 6 na beses na mas malaki kaysa sa bakal at 20 beses na mas malaki kaysa sa aluminyo.
Ang modulus ng elasticity ng titanium ay halos kalahati ng iron, ay nasa parehong antas sa modulus ng mga tansong haluang metal at mas mataas kaysa sa aluminyo. Ang thermal conductivity ng titanium ay mababa: ito ay tungkol sa 7% ng thermal conductivity ng aluminyo at 16-5% ng thermal conductivity ng bakal.
Ang materyal na ito ay may kasiya-siyang mekanikal na lakas at napakataas na paglaban sa kemikal sa halos lahat, kahit na ang pinaka-agresibong mga kemikal na reagents, maliban sa mga malakas na ahente ng oxidizing. Bilang karagdagan, ito ay naiiba sa lahat ng iba pang mga non-metallic na materyales sa mataas na thermal conductivity nito, higit sa dalawang beses ang thermal conductivity ng bakal.
Ang lahat ng mga kinakailangang ito ay natutugunan ng iron, carbon at low-alloy structural steels na may mababang carbon content: ang melting point ng iron ay 1535 C, ang combustion temperature ay 1200 C, ang melting point ng iron oxide ay 1370 C. Ang thermal effect ng mga reaksyon ng oksihenasyon ay medyo mataas: 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, at ang thermal conductivity ng bakal ay limitado.
Ang Titanium at ang mga haluang metal nito, dahil sa kanilang mataas na pisikal at kemikal na mga katangian, ay lalong ginagamit bilang isang istrukturang materyal para sa aviation at rocket technology, chemical engineering, instrumentation, shipbuilding at mechanical engineering, sa pagkain at iba pang industriya. Ang Titanium ay halos dalawang beses na mas magaan kaysa sa bakal, ang density nito ay 45 g/cm3, ito ay may mataas na mekanikal na katangian, corrosion resistance sa normal at mataas na temperatura at sa maraming aktibong media, ang thermal conductivity ng titanium ay halos apat na beses na mas mababa kaysa sa bakal. .
Ang isang ganoong solusyon ay ang sugat ng tubo sa pinalamig na ibabaw ay hinangin lamang sa ibabaw na ito, pagkatapos nito ang pipe-to-shell joint ay pinahiran ng epoxy resin na may halong bakal na pulbos. Ang thermal conductivity ng mixture ay malapit sa iron. Ang resulta ay isang magandang thermal contact sa pagitan ng shell at pipe, na nagpapabuti sa mga kondisyon ng paglamig ng shell.
Ang lahat ng mga kundisyong ito ay natutugunan ng mga bakal at carbon steel. Ang FeO at Fe304 oxides ay natutunaw sa mga temperatura na 1350 at 1400 C. Ang thermal conductivity ng iron ay hindi mataas kumpara sa iba pang structural materials.
Para sa mga metal na tumatakbo sa mababang temperatura, napakahalaga din kung paano nagbabago ang kanilang thermal conductivity sa temperatura. Ang thermal conductivity ng bakal ay tumataas sa pagbaba ng temperatura. Ang purong bakal ay napaka-sensitibo sa pagbabago ng temperatura. Depende sa dami ng mga impurities, ang thermal conductivity ng iron ay maaaring magbago nang malaki. Ang purong bakal (99 7%), na naglalaman ng 0 01% C at 0 21% O2, ay may thermal conductivity na 0 35 cal cm-1 s - 19C - sa - 173 C at 0 85 cal cm - x Xs - 10C - sa -243 C .
Ang paghihinang gamit ang isang panghinang na bakal, mga gas burner, paglulubog sa tinunaw na panghinang at sa mga hurno ay ang pinakamalawak na ginagamit na paghihinang. Ang mga limitasyon sa paggamit nito ay sanhi lamang ng katotohanan na ang mga manipis na pader na bahagi lamang ang maaaring ibenta ng isang panghinang na bakal sa temperatura na 350 C. Napakalaking bahagi, dahil sa kanilang mataas na thermal conductivity, na 6 na beses ang thermal conductivity ng bakal, ay soldered na may gas burner. Para sa tubular copper heat exchangers, ang paghihinang sa pamamagitan ng paglulubog sa mga tinunaw na asing-gamot at panghinang ay ginagamit. Kapag ang paghihinang sa pamamagitan ng paglulubog sa asin ay natutunaw, bilang panuntunan, ginagamit ang mga salt bath furnaces. Ang mga asin ay karaniwang pinagmumulan ng init at may epekto sa pag-flux, kaya hindi kinakailangan ang karagdagang pag-flux kapag naghihinang. Sa dip-soldering, ang mga pre-fluxed na bahagi ay pinainit sa isang solder melt, na pumupuno sa magkasanib na gaps sa temperatura ng paghihinang. Ang solder mirror ay protektado ng activated carbon o inert gas. Ang kawalan ng paghihinang sa mga paliguan ng asin ay ang imposibilidad sa ilang mga kaso ng pag-alis ng mga residu ng asin o pagkilos ng bagay.
Ang mataas na thermal conductivity ng tanso at ang iba pang mga kapaki-pakinabang na katangian nito ay isa sa mga dahilan para sa maagang pag-unlad ng metal na ito ng tao. At hanggang ngayon ay nasusumpungan nila ang aplikasyon sa halos lahat ng bahagi ng ating buhay.
Medyo tungkol sa thermal conductivity
Sa pisika, ang thermal conductivity ay nauunawaan bilang ang paggalaw ng enerhiya sa isang bagay mula sa mas pinainit na mga particle patungo sa mas kaunting init. Salamat sa prosesong ito, ang temperatura ng bagay na pinag-uusapan sa kabuuan ay leveled. Ang halaga ng kakayahang magsagawa ng init ay nailalarawan sa pamamagitan ng koepisyent ng thermal conductivity. Ang parameter na ito ay katumbas ng dami ng init na ipinapasa ng isang materyal na 1 metro ang kapal sa sarili nitong lugar sa ibabaw na lugar na 1 m2 para sa isang segundo sa pagkakaiba ng temperatura ng yunit.
Ang tanso ay may thermal conductivity na 394 W / (m * K) sa temperatura na 20 hanggang 100 ° C. Pilak lang ang makakalaban nito. At para sa bakal at bakal, ang figure na ito ay 9 at 6 na beses na mas mababa, ayon sa pagkakabanggit (tingnan ang talahanayan). Dapat pansinin na ang thermal conductivity ng mga produktong gawa sa tanso ay higit na nakasalalay sa mga impurities (gayunpaman, nalalapat din ito sa iba pang mga metal). Halimbawa, ang rate ng pagpapadaloy ng init ay bumababa kung ang mga sangkap tulad ng:
- bakal;
- arsenic;
- oxygen;
- siliniyum;
- aluminyo;
- antimonyo;
- posporus;
- asupre.
Kung nagdagdag ka ng zinc sa tanso, makakakuha ka ng tanso, na may mas mababang thermal conductivity. Kasabay nito, ang pagdaragdag ng iba pang mga sangkap sa tanso ay maaaring makabuluhang bawasan ang gastos ng mga natapos na produkto at bigyan sila ng mga katangian tulad ng lakas at paglaban sa pagsusuot. Halimbawa, ang tanso ay nailalarawan sa pamamagitan ng mas mataas na teknolohikal, mekanikal at anti-friction na katangian.
Dahil ang mataas na thermal conductivity ay nailalarawan sa pamamagitan ng mabilis na pamamahagi ng enerhiya ng pag-init sa buong bagay, ang tanso ay malawakang ginagamit sa mga sistema ng paglipat ng init. Sa ngayon, ang mga radiator at tubo para sa mga refrigerator, vacuum na halaman at mga kotse ay ginawa mula dito upang mabilis na alisin ang init. Gayundin, ang mga elemento ng tanso ay ginagamit sa mga pag-install ng pagpainit, ngunit para na sa pagpainit.
Upang mapanatili ang thermal conductivity ng metal sa isang mataas na antas (at, samakatuwid, upang gawin ang pagpapatakbo ng mga aparatong tanso bilang mahusay hangga't maaari), ang sapilitang daloy ng hangin ng mga tagahanga ay ginagamit sa lahat ng mga sistema ng pagpapalitan ng init. Ang desisyon na ito ay dahil sa ang katunayan na sa isang pagtaas sa temperatura ng daluyan, ang thermal conductivity ng anumang materyal ay bumababa nang malaki, dahil ang paglipat ng init ay bumabagal.
Aluminyo at tanso - alin ang mas mahusay?
Ang aluminyo ay may isang kawalan kumpara sa tanso: ang thermal conductivity nito ay 1.5 beses na mas mababa, lalo na 201–235 W / (m * K). Gayunpaman, kumpara sa iba pang mga metal, ang mga halagang ito ay medyo mataas. Ang aluminyo, tulad ng tanso, ay may mataas na mga katangian ng anti-corrosion. Bilang karagdagan, mayroon itong mga pakinabang tulad ng:
- mababang density (specific gravity ay 3 beses na mas mababa kaysa sa tanso);
- mababang gastos (3.5 beses na mas mababa kaysa sa tanso).
Salamat sa mga simpleng kalkulasyon, lumalabas na ang isang bahagi ng aluminyo ay maaaring halos 10 beses na mas mura kaysa sa isang tanso, dahil mas mababa ang timbang nito at gawa sa isang mas murang materyal. Ang katotohanang ito, kasama ang mataas na thermal conductivity, ay nagpapahintulot sa paggamit ng aluminyo bilang isang materyal para sa mga pinggan at foil ng pagkain para sa mga hurno. Ang pangunahing kawalan ng aluminyo ay na ito ay mas malambot, kaya maaari lamang itong magamit sa mga haluang metal (halimbawa, duralumin).
Para sa mahusay na paglipat ng init, ang rate ng paglipat ng init sa kapaligiran ay gumaganap ng isang mahalagang papel, at ito ay aktibong na-promote sa pamamagitan ng pamumulaklak ng mga radiator. Bilang isang resulta, ang mas mababang thermal conductivity ng aluminyo (kamag-anak sa tanso) ay leveled, at ang bigat at gastos ng kagamitan ay nabawasan. Ang mahahalagang bentahe na ito ay nagpapahintulot sa aluminyo na unti-unting palitan ang tanso mula sa paggamit sa mga air conditioning system.
Sa ilang mga industriya, tulad ng radyo at electronics, ang tanso ay kailangang-kailangan. Ang katotohanan ay ang metal na ito ay likas na napaka plastik: maaari itong iguguhit sa isang napakanipis na kawad (0.005 mm), pati na rin lumikha ng iba pang mga tiyak na elemento ng conductive para sa mga elektronikong aparato. At ang mataas na thermal conductivity ay nagpapahintulot sa tanso na napakabisang alisin ang init na hindi maiiwasang nangyayari sa panahon ng pagpapatakbo ng mga de-koryenteng kasangkapan, na napakahalaga para sa modernong mataas na katumpakan, ngunit sa parehong oras compact na teknolohiya.
Ang paggamit ng tanso ay may kaugnayan sa mga kaso kung saan kinakailangan na gumawa ng isang surfacing ng isang tiyak na hugis sa isang bahagi ng bakal. Sa kasong ito, ginagamit ang isang tansong template, na hindi konektado sa elementong i-welded. Ang paggamit ng aluminyo para sa mga layuning ito ay imposible, dahil ito ay matutunaw o masusunog. Ito rin ay nagkakahalaga ng pagbanggit na ang tanso ay maaaring kumilos bilang isang katod sa carbon arc welding.
1 - gear, 2 - mga template ng pangkabit, 3 - idineposito na ngipin ng gear, 4 - mga template ng tanso
Mga disadvantages ng mataas na thermal conductivity ng tanso at mga haluang metal nito
Ang tanso ay mas mahal kaysa sa tanso o aluminyo. Kasabay nito, ang metal na ito ay may mga kakulangan nito, direktang nauugnay sa mga pakinabang nito. Ang mataas na thermal conductivity ay humahantong sa pangangailangan na lumikha ng mga espesyal na kondisyon sa panahon ng pagputol, hinang at paghihinang ng mga elemento ng tanso. Dahil ang mga elemento ng tanso ay kailangang magpainit ng mas puro kumpara sa bakal. Madalas ding kinakailangan ang preheating at afterheating ng bahagi.
Huwag kalimutan na ang mga tubo ng tanso ay nangangailangan ng maingat na pagkakabukod kung sila ay binubuo ng isang pangunahing o sistema ng pag-init na mga kable. Na humahantong sa pagtaas sa gastos ng pag-install ng network kumpara sa mga opsyon kapag ginagamit ang ibang mga materyales.
Ang mga paghihirap ay lumitaw din sa tanso: ang prosesong ito ay mangangailangan ng mas malakas na mga burner. Kapag hinang ang metal na may kapal na 8-10 mm, kakailanganin ang dalawa o tatlong sulo. Habang ang isang tanglaw ay ginagamit para sa hinang, ang isa naman ay nagpapainit sa bahagi. Sa pangkalahatan, ang welding work na may tanso ay nangangailangan ng mas mataas na gastos para sa mga consumable.
Dapat din itong sabihin tungkol sa pangangailangan na gumamit ng mga espesyal na tool. Kaya, para sa pagputol ng hanggang sa 15 cm ang kapal, kakailanganin mo ang isang pamutol na maaaring gumana sa mataas na chromium na bakal na 30 cm ang kapal. Bukod dito, ang parehong tool ay sapat na upang gumana na may kapal na 5 cm lamang.
Ipinapakita ng talahanayan ang density ng bakal d, pati na rin ang mga halaga ng tiyak na kapasidad ng init nito Cp, thermal diffusivity a, koepisyent ng thermal conductivity λ , electrical resistivity ρ , gumagana ang Lorentz L/L 0 sa iba't ibang temperatura - sa saklaw mula 100 hanggang 2000 K.
Ang mga katangian ng bakal ay makabuluhang nakasalalay sa temperatura: kapag ang metal na ito ay pinainit, ang density nito, thermal conductivity at thermal diffusivity ay bumababa, at ang halaga ng tiyak na kapasidad ng init ng bakal ay tumataas.
Ang density ng bakal ay 7870 kg / m 3 sa temperatura ng silid. Kapag pinainit ang bakal, bumababa ang density nito. Dahil ang bakal ang pangunahing elemento sa komposisyon ng bakal, tinutukoy din ng density ng bakal ang halaga. Ang pag-asa ng density ng bakal sa temperatura ay mahina - kapag pinainit ito, bumababa ang density ng metal at tumatagal ng isang minimum na halaga ng 7040 kg / m 3 sa isang natutunaw na punto ng 1810 K o 1537 ° C.
Ang tiyak na kapasidad ng init ng bakal, ayon sa talahanayan, ay 450 J / (kg deg) sa temperatura na 27°C. Depende sa istraktura, ang tiyak na kapasidad ng init ng solidong bakal ay nagbabago nang iba sa pagtaas ng temperatura. Ang mga halaga sa talahanayan ay nagpapakita ng isang maximum na katangian ng kapasidad ng init ng bakal malapit sa Tc at tumalon sa panahon ng mga paglipat ng istruktura at sa panahon ng pagtunaw.
Sa tunaw na estado, ang mga katangian ng bakal ay sumasailalim sa mga pagbabago. Kaya, ang density ng likidong bakal ay bumababa at nagiging katumbas ng 7040 kg / m 3. Ang tiyak na kapasidad ng init ng bakal sa molten state ay 835 J/(kg deg), habang ang thermal conductivity ng iron ay bumababa sa 39 W/(m deg). Sa kasong ito, ang partikular na electrical resistance ng metal na ito ay tumataas at sa 2000 K ito ay tumatagal sa halagang 138·10 -8 Ohm·m.
Ang thermal conductivity ng bakal sa temperatura ng silid ay 80 W / (m deg). Sa pagtaas ng temperatura, bumababa ang thermal conductivity ng iron - mayroon itong negatibong koepisyent ng temperatura sa hanay ng temperatura na 100-1042 K, at pagkatapos ay nagsisimula nang bahagyang lumaki. Ang pinakamababang halaga ng thermal conductivity ng bakal ay 25.4 W/(m deg) malapit sa Curie point. Sa panahon ng paglipat ng β-γ, ang isang bahagyang pagbabago sa thermal conductivity ay sinusunod, na nagaganap din sa panahon ng paglipat ng γ-δ.
Ang thermal conductivity ng bakal ay bumaba nang husto habang ang dami ng impurities ay tumataas., lalo na at . Ang napakadalisay na electrolytic iron ay may pinakamataas na thermal conductivity - ang thermal conductivity nito sa 27 ° C ay 95 W / (m deg).
Ang pag-asa ng thermal conductivity ng bakal sa temperatura ay tinutukoy din ng antas ng kadalisayan ng metal na ito. Ang mas dalisay na bakal, mas mataas ang thermal conductivity nito at mas nasa ganap na halaga ito ay bumababa sa pagtaas ng temperatura.
