Теплопроводность металлов и сплавов

ПОИСК

    Коэффициент теплопроводности металлов и сплавов при различной температуре [263] [c.628]

    Подавление фононной теплопроводности диэлектриков и полупроводников с ростом степени изотопического беспорядка в кристаллической решётке (см. ниже) оказывается одним из самых сильных изотопических эффектов.

Однако, как ожидается на основе теоретических представлений, фононная компонента теплопроводности металлов и сплавов слабо зависит от изотопического состава как при изменении атомной массы изотонически чистого металла, так и при изменении степени изотопического разупорядочения в изотопических смесях.

Причина этого заключается в том, что в чистых металлах при высоких температурах решёточная теплопроводность ограничена фонон-фононными процессами релаксации, которые слабо зависят от массы изотопа и не зависят от степени изотопического беспорядка.

При низких температурах (напомним, что сравнение делается по отношению к температуре Дебая) определяется процессами электрон-фононного рассеяния, скорость которых почти не меняется с изменением изотопического состава.

В неупорядоченных сплавах большое количество легирующих примесей и других дефектов решётки вызывает сильное рассеяние фононов, значительно уменьшая решёточную теплопроводность. В результате этого рассеяние фононов на изотопическом беспорядке оказывается малой добавкой к суммарной скорости релаксации фононов и, соответственно, мало изменяет Яф. [c.79]

    КОЭФФИЦИЕНТЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ [c.918]

    КОЭФФИЦИЕНТЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛОВ и СПЛАВОВ [c.921]

    ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ (коэффициент теплопроводности X, ккал/м-ч-град [Л. 395]) [c.610]

    Из таблицы видно, что теплопроводность изменяется с температурой. Еще сильнее теплопроводность изменяется в зависимости от кристаллизации металла.

Кристаллическая решетка зависит от химического состава металла, в котором часто имеются незначительные примеси других металлов, что снижает его теплопроводность (теплопроводность металлов и сплавов при различных температурах приведена в табл. 7). [c.254]

    Удельный вес н коэффициент теплопроводности металлов и сплавов [c.19]

Краткий справочник по химии (1965) — [ c.482 ]

Справочник химика Издание 2 Том 1 1963 (1963) — [ c.918 , c.921 ]

Справочник химика Том 1 Издание 2 1962 (1962) — [ c.918 , c.921 ]

Справочник химика Том 1 Издание 2 1966 (1966) — [ c.918 , c.921 ]

Металлы сплавы

Металлы теплопроводность

Сплавы и металлы металлов

Теплопроводность сплавов

© 2018 chem21.info Реклама на сайте

Источник: http://chem21.info/info/678713/

Книга Материаловедение. Шпаргалка. Содержание – 17. Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов

16. Методы определения электрических свойств

Металлы с высокой электропроводностью (медь, алюминий) используются в электромашиностроении, для устройства линий электропередачи, а сплавы с высоким электросопротивлением – для ламп накаливания электронагревательных приборов.

Тепловые свойства диэлектриков: нагревостойкость, холодостойкость, теплопроводность, тепловое расширение.

Нагревостойкость – способность электроизоляционных материалов и изделий без вреда для них некоторое время выдерживать воздействие высоких температур.

Нагревостойкость неорганических диэлектриков определяется по началу существенного изменения электрических свойств.

А нагревостойкость органических диэлектриков – по началу механических деформаций растяжения или изгиба, погружению иглы в материал под давлением при нагреве, по электрическим характеристикам.

Тепловое старение изоляции – ухудшение качества изоляции, определяемое при длительном воздействии повышенной температуры.

На скорость старения влияет температура, при которой работает изоляция электрических машин и других электроизоляционных конструкций.

Влияние на скорость старения также оказывают изменение давления воздуха или концентрация кислорода, присутствие озона, химических реагентов, замедляющих или ускоряющих старение. Тепловое старение ускоряется от освещения ультрафиолетовыми лучами, от воздействия электрического поля, механических нагрузок.

ГОСТ предусматривает разделение электроизоляционных материалов для электрических машин, трансформаторов и аппаратов на классы нагревостойкости. При допустимых температурах обеспечиваются целесообразные сроки службы электрооборудования.

Класс Y: волокнистые материалы на основе целлюлозы и шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный слой.

Класс А: органические волокнистые материалы, работающие пропитанными лаками и погруженные в жидкий электроизоляционный материал, т. е. защищены от воздействия кислорода воздуха.

Класс Е: пластические массы с органическим наполнителем и термореактивным связующим типа фенолофор-мальдегидных и подобных им смол, изоляция эмалированных проводов на полиуретановых и эпоксидных лаках. К классам Y, А, Е относятся чисто органические электроизоляционные материалы.

Электрическая прочность определяется пробивным напряжением, отнесенным к току диэлектрика в месте пробоя.

Пробой жидких диэлектриков происходит в результате ионизационных тепловых процессов.

Главный фактор пробоя – наличие посторонних примесей.

Наличие примесей вызывает затруднения для создания теории пробоя этих веществ. Поэтому представления теории электрического пробоя применяют к жидкостям, максимально очищенным от примесей.

При высоких значениях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металла электродов и разрушение молекул самой жидкости за счет ударов заряженными частицами. При этом большая электрическая прочность жидких диэлектриков по сравнению с газообразными объясняется значительно меньшей длиной свободного пробега электронов.

Пробой жидкостей, содержащих газовые включения, объясняется местным перегревом жидкости (за счет энергии, выделяющейся в сравнительно легко ионизирующихся пузырьках газа), который приводит к образованию газового канала между электродами.

Наличие воды в жидком диэлектрике снижает его электрическую прочность. Вода при нормальной температуре содержится в диэлектрике в виде мельчайших капелек. Под влиянием электрического поля капельки поляризуются и создают между электродами цепочки с повышенной проводимостью, по которым происходит электрический пробой.

Наблюдается своеобразная зависимость электрической прочности жидкого диэлектрика, содержащего воду от температуры.

При повышении температуры вода переходит в состояние молекулярного раствора, в котором она слабо влияет на величину электрической прочности.

Электрическая прочность жидкого диэлектрика возрастает до некоторого максимума. Дальнейшее снижение электрической прочности объясняется явлениями кипения жидкости.

Увеличение электрической прочности трансформаторного масла при низких температурах связывают с увеличением вязкости масла и меньшими значениями диэлектрической проницаемости льда по сравнению с водой.

Твердые вкрапления (сажа, волокна) искажают электрическое поле внутри жидкости и также приводят к снижению электрической прочности диэлектрических жидкостей.

Очистка жидких диэлектриков от примесей заметно повышает электрическую прочность. Так, например, неочищенное трансформаторное масло имеет электрическую прочность примерно 4 МВ/м; после тщательной очистки она повышается до 20–25 МВ/м.

На пробой жидких диэлектриков, как и газов, оказывает влияние форма электродов: с увеличением степени неоднородности электрического поля пробивное напряжение при одинаковых расстояниях снижается. В неоднородных электрических полях, так же как и в газах, может быть неполный пробой – корона. Длительная корона в жидких диэлектриках недопустима, т. к. она вызывает разложение жидкости.

Частота тока влияет на электрическую прочность.

17. Теплоемкость и теплопроводность металлов и сплавов

Теплоемкость – это способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Ее характеристикой является удельная теплоемкость – количество энергии, поглощаемой единицей массы при нагреве на один градус. От величины теплопроводности зависит возможность появления трещин в металле.

Если теплопроводность низкая, то риск возникновения трещин увеличивается. Так, легированные стали имеют теплопроводность, которая в пять раз меньше, чем теплопроводность меди и алюминия.

Размер теплоемкости влияет на уровень расходуемого топлива на нагрев заготовки до определенной температуры.

У металлических сплавов удельная теплоемкость находится в пределах 100-2000 Дж/(кг*К). У большинства металлов теплоемкость составляет 300–400 Дж/(кг*К). Теплоемкость металлических материалов растет с повышением температуры. Полимерные материалы, как правило, имеют удельную теплоемкость 1000 Дж/(кг·К) и более.

Электрические свойства материалов характеризуются наличием носителей зарядов электронов или ионов и свободой их передвижения под действием электрического поля.

Высокие энергии ковалентной и ионной связи сообщают материалам с этими типами связи свойства диэлектрика. Их слабая электрическая проводимость обусловлена влиянием примесей, причем под влиянием влаги, образующей с примесями проводящие растворы, электропроводность таких материалов возрастает.

Материалы с разными типами связи имеют различные температурные коэффициенты электросопротивления: у металлов он положителен, у материалов с ковалентным и ионным типом связи – отрицателен.

При нагреве металлов концентрация носителей зарядов – электронов не увеличивается, а сопротивление их движению возрастает из-за увеличения амплитуд колебаний атомов.

В материалах с ковалентной или ионной связью при нагреве концентрация носителей зарядов повышается настолько, что нейтрализуется влияние помех от увеличения колебаний атомов.

Теплопроводностью называется перенос тепловой энергии в твердых телах, жидкостях и газах при макроскопической неподвижности частиц. Перенос теплоты происходит от более горячих частиц к холодным и подчиняется закону Фурье.

Теплопроводность зависит от типа межатомной связи, температуры, химического состава и структуры материала. Теплота в твердых телах переносится электронами и фононами.

Механизм передачи теплоты, в первую очередь, определяется типом связи: в металлах теплоту переносят электроны; в материалах с ковалентным или ионным типом связи – фононы. Самым теплопроводным является алмаз. В полупроводниках при весьма незначительной концентрации носителей заряда теплопроводность17б осуществляется в основном фононами.

Чем совершеннее кристаллы, тем выше их теплопроводность. Монокристаллы лучше проводят теплоту, чем поликристаллы, так как границы зерен и другие дефекты кристаллической структуры рассеивают фононы и увеличивают электросопротивление.

Кристаллическая решетка создает периодическое энергетическое пространство, в котором передача теплоты электронами или фононами облегчена по сравнению с аморфным состоянием.

11

Источник: https://www.booklot.ru/genre/nauchnoobrazovatelnaya/tehnicheskie-nauki/book/materialovedenie-shpargalka/content/2293891-17-teploemkost-i-teploprovodnost-metallov-i-splavov/

Свойства металлов – скрытая теплота плавления, теплопроводность, электросопротивление, термический коэффициент линейного расширения

Чтобы расплавить твердое вещество, т.е.

перевести его в жидкое состояние, требуется не только нагреть его до температуры плавления, но еще затратить дополнительную тепловую энергию, которая не повышает температуры расплавляемого тела, а идет на разрушение кристаллической структуры.

Пока твердое вещество не перейдет все целиком в жидкое состояние, температура не будет повышаться выше температуры плавления, несмотря на приток тепла и на очень высокую температуру источника тепловой энергии.

Повышенная мощность источника тепла может лишь ускорить расплавление, но температура плавящегося вещества будет оставаться постоянной, пока не произойдет его полное расплавление.
Количество тепла, идущего на превращение 1 кг твердого вещества при температуре, называется скрытой теплотой плавления и выражается в больших калориях (см. табл. 1).

Теплопроводность

Свойство металла проводить тепло называется теплопроводностью. Теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности, показывающим, сколько калорий тепла может пройти в единицу времени сквозь 1 см² вещества при разности температур на двух противоположных гранях кубика в 1° (см. табл. 1), и обозначается буквой λ.

Теплопроводность алюминия в пять раз больше теплопроводности чугуна, и поэтому алюминиевые сплавы часто заменяют чугун при изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, поршень из алюминиевого сплава, будучи легче чугунного примерно в три раза, облегчает вес конструкции.

Металлы с большой теплопроводностью в то же время являются лучшими проводниками электричества.

Электросопротивление

За единицу электрического сопротивления принято сопротивление ртутного столба длиной 106,3 см. с поперечным сечением 1 см² при 01°С. Эта единица называется омом (обозначается Ω).

Читайте также:  Сварочные аппараты «сварог»: описание, характеристики и обзор

Чем больше длина проводника и чем меньше поперечное сечение проводника из разных металлов имеют различное сопротивление, что характеризуется удельным сопротивлением.

Удельное сопротивление показывает, какое сопротивление имеет проводник из данного металла длинной 1м и сечением 1мм² (см. табл. 1).

Для всех металлов характерно повышение электросопротивления с повышением температуры в отличие от неметаллических материалов, электросопротивление которых при нагревании уменьшается. Медь и алюминий, обладая самым малым электросопротивлением из всех металлов (за исключением серебра), являются основными металлами электропроводов.

Металлами и сплавами с высоким сопротивлением пользуются, когда хотят электрическую энергию превратить в тепловую. Количество теплоты, выделяемое в проводнике током определенной силы, прямо пропорционально сопротивлению проводника.

Сплавам для элементов обычных нагревательных приборов (электропечей, плит, чайников, утюгов, электропаяльников) служат нихром и др. Для нити в лампах накаливания применяют вольфрам, который, не плавясь, выдерживает температуру более 2000°.

Однако такую нить можно нагревать лишь в вакууме. Кислород воздуха ее окисляет.

Термический коэффициент линейного расширения

Приращение длины предмета на единицу длины при нагревании его на 1° называется термическим коэффициентом линейного расширения α.
Так как коэффициент α очень мал, то в таблицах его значение обычно дается с коэффициентом 10 –6, т.е в миллионных долях первоначальной длины, измеренной при 0°.

Свойство металлов расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении необходимо учитывать при изготовлении металлических сооружений и деталей машин. Коэффициент линейного расширения может считаться почти постоянным при небольших изменениях температуры.

При сильном нагревании он может значительно изменять свою величину. Имеются сплавы, обладающие особенно малой величиной α.

Например сплав “инвар” (65% Fe и 35% Ni) имеет в пределах от –10 до +90° термический коэффициент линейного расширения α, близкий к нулю; однако при повышении температуры выше 100° он быстро растет.

При застывании отлитых деталей, если тонкие части охлаждаются и сжимаются быстрее, чем толстые, могут получаться трещины там, где возникают вредные внутренние напряжения. Конструктор во избежание трещин должен умело подбирать размеры сечений в отливке. Тепловое расширение имеет большое значение и для сварных конструкций, в которых тоже возникают внутренние напряжения.

Особенно тщательно необходимо учитывать линейное расширение металлов при производстве измерительных и прецизионных (точных) приборов, при изготовлении калибров и деталей машин, работающих при повышенной температуре.

Рубрики: Свойства металлов, применение

Источник: http://www.paxildefects.net/svoiystva-metallov/fiziko-mehanicheskie-svoiystva-metallov-2.html

Теплопроводность металла

В металлах в отличие от диэлектриков, перенос теплоты осуществляется не только фононами, но и свободными (коллективизированными) электронами. Поэтому коэффициент теплопроводности &#&67;М металлов складывается из коэффициентов решеточной теплопроводности &#&67;реш и теплопроводности электронов &#&67;эл :

где &#&67;эл пропорциональна длине свободного пробега электронов и температуре:

Определим качественно характер температурной зависимости теплопроводности чистых металлов.

В области высоких температур lэл определяется рассеянием электронов на фононах, т.е. обратно пропорциональна их концентрации nФ. которая пропорциональна температуре nФ

1/Т. С учетом (2.25)

Таким образом, в области высоких температур теплопроводность чистых металлов не зависит от температуры.

В области низких температур концентрация фононов

1/Т 3. С учетом (2.25)

В области очень низких температур (вблизи абсолютного нуля) концентрация фононов становится настолько малой, что можно не учитывать процесс рассеяния на них электронов (они рассеиваются только на примесях). В этом случае длина свободного пробега перестает зависеть от температуры л ≈const и теплопроводность металлов в соответствии c (2.25) становится пропорциональной Т:

.

На рис. 2.4 приведен график зависимости &#&67;(Т) для меди.

Теплопроводность чистых металлов почти полностью определяется теплопроводностью их электронного газа. На долю решеточной проводимости приходится лишь несколько процентов.

Эта картина может резко измениться для металлических сплавов. где большая концентрация примесей. В этом случае преобладающим механизмом рассеяния электронов является рассеяние на примесных атомах.

Длина свободного пробега электронов пропорциональна концентрации примеси и может быть сравнима с длиной свободного пробега фононов. В этом случае вклад электронной теплопроводности может быть сравним по порядку величины с вкладом фононов, т.

е. &#&67;эл ≈&#&67;реш .

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Теплопроводность металлов и ее применение

February 12, 2013

Металлы – это вещества, имеющие кристаллическую структуру. При нагревании они способны плавиться, то есть переходить в текучее состояние. Одни из них имеют невысокую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и держа над пламенем свечи.

Это свинец и олово. Другие возможно расплавить только в специальных печах. Высокой температурой плавления обладают медь и железо. Для ее понижения в металл вводят добавки.

Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.

От чего же зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики – теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкостью называют способность при нагревании поглощать теплоту. Ее численный показатель – удельная теплоемкость.

Под ней подразумевается количество энергии, которое способна поглотить единица массы металла, нагреваемая на 1°С. От этого показателя зависит расход топлива на нагревание металлической заготовки до нужной температуры.

Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), металлических сплавов – 100-2000 Дж/(кг*К).

Теплопроводность металлов – это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами.

Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.

У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов – золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность – у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования.

Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование – ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться.

Поэтому здесь используют теплоизолирующие материалы.

Еще одна характеристика металла, влияющая на его свойства – тепловое расширение. Оно выглядит как увеличение в объеме металла при его нагревании и уменьшение – при охлаждении.

Это явление обязательно необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий.

Так, например, крышки кастрюль делают накладными, у чайников тоже предусмотрен зазор между крышкой и корпусом, чтобы при нагревании крышку не заклинило.

Для каждого металла вычислен коэффициент теплового расширения. Его определяют нагреванием на 1°С опытного образца, имеющего длину 1 м. Самый большой коэффициент имеют свинец, цинк, олово. Поменьше он у меди и серебра. Еще ниже – железа и золота.

По химическим свойствам металлы делятся на несколько групп. Существуют активные металлы (например, калий или натрий), способные мгновенно вступать в реакцию с воздухом или водой.

Шесть самых активных металлов, составляющий первую группу периодической таблицы, называют щелочными. Они имеют маленькую температуру плавления и так мягки, что могут быть разрезаны ножом.

Соединяясь с водой, они образуют щелочные растворы, отсюда и их название.

Вторую группу составляют щелочноземельные металлы – кальций, магний и пр. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие.

Примерами металлов следующих, третьей и четвертой групп, могут служить свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и они часто используются в сплавах.

Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более ковки и часто применяются в промышленности в виде сплавов.

Положение каждого металла в ряду активности характеризует его способность вступать в реакцию. Чем активнее металл, тем легче он забирает кислород.

Их очень трудно выделить из соединений, в то время, как малоактивные виды металлов можно встретить в чистом виде. Самые активные из них – калий и натрий – хранят в керосине, вне его они сразу же окисляются.

Из металлов, используемых в промышленности, наименее активным является медь. Из нее делают резервуары и трубы для горячей воды, а также электрические провода.

10 освежающих суперпродуктов, которые стоит есть почаще этим летом Хотите питаться правильно? Познакомьтесь с продуктами, которые должны присутствовать в рационе летом.

Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком.

20 фото кошек, сделанных в правильный момент Кошки — удивительные создания, и об этом, пожалуй, знает каждый. А еще они невероятно фотогеничны и всегда умеют оказаться в правильное время в правил.

Наши предки спали не так, как мы. Что мы делаем неправильно? В это трудно поверить, но ученые и многие историки склоняются к мнению, что современный человек спит совсем не так, как его древние предки. Изначально.

7 частей тела, которые не следует трогать руками Думайте о своем теле, как о храме: вы можете его использовать, но есть некоторые священные места, которые нельзя трогать руками. Исследования показыва.

Никогда не делайте этого в церкви! Если вы не уверены относительно того, правильно ведете себя в церкви или нет, то, вероятно, поступаете все же не так, как положено. Вот список ужасных.

Редактировать статью Что такое теплопроводность и теплопередача. Теплопроводность металлов и других материалов

Воздух (300 K, 100 кПа)

Как видно, теплопроводность различается на много порядков. Удивительно хорошо проводят тепло алмаз и оксиды некоторых металлов (по сравнению с другими диэлектриками), плохо проводят тепло воздух, снег и термопаста КПТ-8.

Но мы привыкли считать, что воздух хорошо проводит тепло, а вата — нет, хотя она может на 99% состоять из воздуха. Дело в конвекции. Горячий воздух легче холодного, и «всплывает9quot; наверх, порождая постоянную циркуляцию воздуха вокруг нагретого или сильно охлаждённого тела.

Читайте также:  Газовая горелка для пайки с одноразовым баллоном

Конвекция на порядок улучшает теплопередачу: при её отсутствии было бы очень затруднительно вскипятить кастрюлю воды, не перемешивая её постоянно. А в диапазоне от 0°С до 4°С вода при нагревании сжимается. что приводит к конвекции в противоположном от привычного направлении.

Это приводит к тому, что независимо от температуры воздуха, на дне глубоких озёр температура всегда устанавливается равной 4°C

Для уменьшения теплоотдачи из пространства между стенками термосов откачивают воздух. Но надо отметить, что теплопроводность воздуха мало зависит от давления вплоть до 0,01мм рт.ст, то есть границы глубокого вакуума. Этот феномен объясняется теорией газов.

Ещё один способ теплопередачи — это излучение. Все тела излучают энергию в виде электромагнитных волн, но только достаточно сильно нагретые (

600°С) излучают в видимом нами диапазоне. Мощность излучения даже при комнатной температуре достаточно большая — порядка 40мВт с 1см 2. В пересчёте на площадь поверхности человеческого тела (

1м 2 ) это составит 400Вт. Спасает лишь то, что в привычном нам окружении все тела вокруг также излучают с примерно той же мощностью. Мощность излучения, кстати, сильно зависит от температуры (как T 4 ). согласно закону Стефана-Больцмана. Расчёты показывают, что, например, при 0°С мощность теплового излучения примерно в полтора раза слабее, чем при 27°С.

В отличие от теплопроводности, излучение может распространяться в полном вакууме — именно благодаря нему живые организмы на Земле получают энергию Солнца.

Если теплопередача излучением нежелательна, то её минимизируют, ставя непрозрачные перегородки между холодным и горячим объектами, либо уменьшают поглощение излучения (и испускание, кстати, в ровно той же степени), покрывая поверхность тонким зеркальным слоем металла, например, серебра.

  • Данные по теплопроводности взяты из Wikipedia, а туда они попали из справочников, таких, как:
  • «Физические величины» под ред. И. С. Григорьева
  • CRC Handbook of Chemistry and Physics
  • Более строгое описание теплопроводности можно найти в учебнике по физике, например в «Общей физике» Д.В.Сивухина (Том 2). В 4 томе есть глава, посвящённая тепловому излучению (в т.ч. закону Стефана-Больцмана)

Источник: http://studvesna73.ru/07/23/5927/

ISSN 1996-3955 ИФ РИНЦ = 0,618

1Неумоина Н.Г. 1 Лебедева Ю.В. 1 Шевченко Н.Ю. 11 Камышинский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»На основе нелокальной версии термодинамики, разработанной Майковым В.П.

, аналитическим путём получено выражение для расчёта коэффициента решёточной теплопроводности металлов и сплавов в зависимости от температуры. В рамках нелокальной версии термодинамики удаётся обобщить классическую равновесную и линейную неравновесную термодинамику на новой методологической основе с введением в физику квантованной энтропии.

Дискретизация термодинамических параметров позволяет ввести в термодинамику время как существенный параметр и определить минимальный линейный макроскопический масштаб для описания процесса переноса тепла.

Получено выражение для равновесного потока тепла, дифференцируя которое по температуре, можно получить выражение для неравновесного теплового потока при наложении на тело разности потенциалов, т.е. разности температур. Проводя аналогию с законом Фурье, можно записать выражение для коэффициента теплопроводности вещества.

Анализ этого выражения и проведённый расчёт на примере металлического сплава, позволяет сделать вывод, что получено выражение для расчёта коэффициента решёточной теплопроводности твёрдых тел, которое учитывает его температурную зависимость.решёточная теплопроводность1. Елманов Г.Н., Зуев М.Т., Смирнов Е.А.

Теплопроводность металлов и сплавов: Лабораторный практикум. – М.: МИФИ, 2007. – 32 с. Электронный ресурс http://library.mephi.ru/Data-IRBIS/book-mephi/Elmanov_Teploprovodnost_metallov_i_splavov_2007.pdf.2. Кочетков А.В., Федотов П.В. О некоторых несуразностях в изложениях вектора Умова-Пойнтинга / А.В. Кочетков, П.В.

Федотов // Пространство и Время. – 2014. – № 2(16). – С. 79–88. Электронный ресурс http://www.space-time.ru/assets/files/2-16.2014/2226-7271provr-st2-16.2014.24-kochetkov-fedotov.pdf.3. Лариков Л.И Тепловые свойства металлов и сплавов. – Киев: Наукова думка, 1985. – 437с.4. Майков В.П.

Расширенная версия классической термодинамики – физика дискретного пространства-времени. – М.: МГУИЭ. 1997 – 160 с., ил.5. Физические величины: Справочник / А.Н. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

Принято считать [3], что коэффициент теплопроводности металлов складывается из двух составляющих

, (1)

где λф, λэ – коэффициенты теплопроводности фононов и электронного газа соответственно.

Под фононами понимают минимальную порцию энергии, которую может поглотить или испустить кристаллическая решётка при тепловых колебаниях в случае перехода с одного энергетического уровня на другой. Тогда поле упругих волн, заполняющих кристалл, можно трактовать как газ, образованный квантами нормальных колебаний решётки, т.е. фононами [1].

Вычисление фононовой или решёточной теплопроводности металлов и сплавов как части их общей теплопроводности, определение её доли при различных состояниях металлов и сплавов (монокристаллическое, поликристаллическое, мелкозернистое, крупнозернистое и т.п.) является актуальной практической задачей определения оного из важнейших теплофизических свойств конструкционных и инструментальных материалов.

Для решения этой задачи выбран методологически принципиально новый термодинамический метод – нелокальная версия термодинамики. Предложенная Майковым В.П.

нелокальная версия термодинамики [4] позволяет обобщить классическую равновесную и линейную неравновесную термодинамику на новой методологической основе. Основной (и единственной) исходной предпосылкой данного подхода является следующее положение.

В качестве макроскопического определения энтропии используем то, которое дает второй закон термодинамики

. (2)

В силу квантовой природы энергии значение δQ не может быть сколь угодно малым. По смыслу этой величины оно должно быть минимальным макроскопическим значением, которое еще может быть измерено на макроуровне. В качестве ∆Q = δQ примем естественную границу точности измерения количества теплоты – среднее значение теплового шума – kТ, где k – постоянная Больцмана, k = 1,381∙10+ Дж/К.

Если принять значение kТ за минимальное приращение (интервал квантования) количества теплоты

,

то из определения энтропии (2) получим минимальное приращение энтропии

,

то есть константа Больцмана является квантом энтропии.

Используя величину DQ как минимальную энергию в соотношении неопределенностей энергия-время квантовой физики, получим характерный масштаб времени

, (3)

где– постоянная Планка,= 1,05∙10–34 Дж∙с.

Величина Dt (она имеет порядок 10-13∙10-14 с) характеризует минимальный интервал времени, для которого макроскопическое понятие температуры еще сохраняет физический смысл, т.е.

этот интервал времени фактически определяет границу между микро и макромиром.

Используя уравнение (3) можно сформировать первую неньютоновскую метрику макромира – минимальный линейный размер r и минимальный объём VM распространения электромагнитных волн

, (4)

, (5)

где с – скорость распространения света в данной среде, м/с.

Данный объём задаёт в пространстве размеры, в пределах которых устанавливается термодинамическое равновесие и для данного объёма справедливы соотношения равновесной термодинамики. Такой объём в нелокальной версии термодинамики принято называть макроячейкой.

Состояние макроячейки может быть охарактеризовано с помощью макроскопических термодинамических параметров, таких как температура, давление, энтропия, масса, количество частиц и других. Уже на макроскопическом уровне эти параметры можно рассчитать с конечной долей определенности.

Возникающая неопределённость носит объективный характер и связана с тем, что макроячейки постоянно обмениваются между собой элементарными порциями количества теплоты DQ = kT.

Если макроячейка получает элементарную порцию количества теплоты DQ при P = const, то объем, температура и масса макроячейки изменяются на величину

, (6)

, (7)

, (8)

где kS – адиабатический модуль сжатия, н/м2;

сР – мольная изобарная теплоемкость, Дж/(кмоль К);

ρ – молярная плотность, кмоль/м3;

М – молярная масса, кг/кмоль.

Выбор условия P = const вызван тем, что в состоянии динамического (флуктуационного) равновесия каждая отдельная макроячейка выступает лишь как область пространства, охваченная электромагнитным взаимодействием за время Dt, т.е. макроячейка не является объемом, который был бы физически фиксирован в определенных границах.

Изменение массы макроячейки – элементарная масса Dm содержит меньше одной частицы. Это значит, что элементарную массу можно рассматривать только как квазичастицу, которая в данном случае является акустическим фононом. Этот акустический фонон и отвечает за перенос массы, тепла и импульса в данной среде.

Так как минимальная скорость распространения акустического фонона (квазичастицы) равна скорости распространения звука в данной среде (это можно доказать), то можно ввести вторую неньютоновскую метрику макромира – это радиус упругих взаимодействий между макроячейками

, (9)

где cS – скорость звука в данной среде, м/с.

Акустические фононы уже в равновесных условиях участвуют в переносе субстанции (массы, тепла, импульса) между макроячейками. Для получения равновесного потока субстанции можно использовать уравнение Умова-Пойнтинга для случая упругих взаимодействий [2], записанное в интегральной форме

,

где U – плотность субстанции,

Sn – плотность потока субстанции по нормали к поверхности n.

Поскольку параметры в рассматриваемом подходе носят элементарный макроскопический характер, то интегралы можно заменить средними величинами и получить для теплового потока

.

Откуда находим равновесную плотность потока тепла как плотность потока субстанции

.

Поверхность F можно определить, как отношение характерного для упругих взаимодействий объема DV к характерному линейному размеру Dl

.

Тогда выражение равновесного потока тепла окончательно запишется

. (10)

Чтобы получить неравновесный тепловой поток, воспользуемся линейным приближением и запишем для неравновесного теплового потока в металлическом стержне

.

Здесь величина DТ определяется выражением

,

где Т1 – температура на одном конце стержня, К;

Т2 – температура на другом конце стержня, К;

δ – длина стержня, м.

Окончательно выражение неравновесного теплового потока в стержне конечной длины получим в виде:

.

Полученное выражение для IТ имеет размерность Вт/м2, т.е. размерность плотности теплового потока.

Проводя аналогию с законом теплопроводности (законом Фурье)

,

можно положить, что

,

тогда

. (11)

По идеологии вывода уравнения (11) можно предположить, что полученное с его помощью значение коэффициента теплопроводности даст нам решёточную (фононовую) теплопроводность металлической кристаллической решётки. С целью проверки достоверности полученного выражения проведены расчеты для низкоуглеродистой стали со следующими исходными параметрами.

Плотность вещества с учетом среднего температурного коэффициента объемного расширения b определялась по соотношению

,

где ρ0 = 7800 кг/м3 (сталь 40[5]); β = 4∙10-6 К-1.

Скорость звука представлена в следующем виде:

,

где Е – модуль упругости, Па;

r – плотность материала стержня, кг/м3.

Зависимость модуля упругости низкоуглеродистой стали от температуры удалось описать квадратичной зависимостью в виде

Е = – 183441,55 Т2 + 1,238007× ×108 Т + 1,816827×1011 (Па)

Получены следующие значения коэффициента теплопроводности низкоуглеродистой стали при соответствующих температурах в диапазоне от 300 °К до 1073 °К.

Коэффициенты решёточной теплопроводности низкоуглеродистой стали

Т, °К 300 373 473 573 673 773 873 973 1073
λ, Вт/(м×К) 6,78 5,25 15,35 21,64 25,27 26,69 26,29 24,23 20,65
Читайте также:  Токарные патроны для станка: основные виды и сфера применения

Обсуждение результатов.

Полученные значения меньше, чем приведенные в справочной литературе (так для стали 45 в диапазоне температур Т = 300…600…800 К, l = 79…43…30 Вт/(м×К) [5, с. 343].

Но эти значения в контексте изложенного подхода соответствуют коэффициенту решёточной теплопроводности λреш = λф, и составляют только часть теплопроводности металлического кристалла.

Изложенная в литературе качественная тенденция [3], которая говорит о том, что с повышением температуры lреш играет все более существенную роль, подтверждена результатами расчётов.

Кроме того, в источнике [1] утверждается, что теплопроводность кристаллической решётки обусловлена ангармоническим характером колебаний атомов, что фактически означает взаимодействие между фононами. Очевидно, что с повышением температуры взаимодействие между фононами возрастает, поэтому зависимость коэффициента теплопроводности от температуры имеет явно выраженный экстремальный характер.

Таким образом, с помощью аналитического вывода выражения для коэффициента теплопроводности и проведенных расчётов подтверждена возможность использования нелокальной версии термодинамики для теоретического определения такого важного термодинамического параметра веществ, как коэффициент решёточной теплопроводности.

Библиографическая ссылка

Неумоина Н.Г., Лебедева Ю.В., Шевченко Н.Ю. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РЕШЁТОЧНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 12-4. – С. 614-617;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7988 (дата обращения: 12.10.2018).

Источник: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7988

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов

30.10.2017

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.

Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром, сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар, магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий, мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда.

По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.

Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов

Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град).

Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.

Коэффициенты теплопроводности сплавов

В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС.

Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.

Удельное сопротивление и температурный коэффициент расширения (КТР) металлической проволоки (при 18ºС)

В таблице указаны значения удельного электрического сопротивления и КТР металлической проволоки, выполненной из различных металлов и сплавов.

Материал проволоки: алюминий, вольфрам, железо, золото, латунь, манганин, медь, никель, константан, нихром, олово, платина, свинец, серебро, цинк.

Как видно из таблицы, нихромовая проволока имеет высокое удельное электрическое сопротивление и успешно применяется в качестве спиралей накаливания нагревательных элементов множества бытовых и промышленных устройств.

Удельная теплоемкость цветных сплавов

В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град).

Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.

Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС.

Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.

Плотность сплавов

Представлена таблица значений плотности сплавов при комнатной температуре.

Приведены следующие сплавы: бронза, оловянистая, фосфористая, дюралюминий, инвар, константан, латунь, магналиум, манганин, монель — металл, платино — иридиевый сплав, сплав Вуда, сталь катаная, литая.

ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны! Плотность сплавов в таблице указана в степени 10 -3 . Не забудьте умножить на 1000!

Например, плотность катанной стали изменяется в пределах от 7850 до 8000 кг/м 3 .

  1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
  2. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др., Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  4. Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М. 1992. — 184 с.
  5. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2–е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М.: «Металлургия», 1975.- 368 с.

*Предлагаемые к заключению договоры или финансовые инструменты являются высокорискованными и могут привести к потере внесенных денежных средств в полном объеме. До совершения сделок следует ознакомиться с рисками, с которыми они связаны.

Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов Ссылка на основную публикацию

Источник: https://tradesmarter.ru/analitika/prs_teploprovodnost-cvetnyh-metallov-teploemkost-i-plotnost-splavov_6948a.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 2

Интенсивность переноса энергии электронами значительно выше, чем колебаниями решетки. В этой связитеплопроводность чистых металлов значительно выше, чем сплавов, а теплопроводность сплавов – выше, чем диэлектриков.  [16]

Зависимость теплопроводности железа и некоторых сталей от температуры.  [17]

Следует отметить, что для очень чистых металлов при низких температурах наблюдается максимум коэффициента теплопроводности, зачастую превышающий его значение при комнатной температуре во много раз. При температурах, близких к комнатной, коэффициенттеплопроводности чистых металлов почти не зависит от температуры.  [18]

Зависимость теплопроводности железа и некоторых сталей от температуры.  [19]

Следует отметить, что для очень чистых металлов при низких температурах наблюдается максимум коэффициента теплопроводности, зачастую превышающий его значение при комнатной температуре во много-раз. При температурах, близких к комнатной, коэффициенттеплопроводности чистых металлов почти не зависит от температуры.  [20]

Схема сдвига слоев при разных типах структур.  [21]

Влияние примесей на механическую деформируемость может быть грубо сопоставлено с действием песка, насыпанного под полозья движущихся по льду санок.

С другой стороны, примеси уменьшают также свободу перемещения электронов, чем и обусловлено обычно наблюдаемое понижение электро – итеплопроводности чистых металлов при их загрязнении.

На практическом использовании подобного влияния примесей основано получение различных технически важных сплавов, свойства которых более или менее сильно отличаются от свойств исходных металлов.  [22]

Металлы, полученные в очень чистом состоянии, отличаются по своим физическим свойствам от обыкновенных металлов. Так, очень чистые металлы ( например, хром) отличаются более высокой пластичностью. Увеличиваются также электрическая проводимость итеплопроводность чистых металлов по сравнению с загрязненными.  [23]

Схема сдвига слоев при разных типах структур.  [24]

При наличии в металле примесей ( особенно элементов, сильно отличающихся от него по химическому характеру) последние обусловливают нарушение его структурной однородности и тем самым затрудняют скольжение друг около друга отдельных слоев пространственной решетки.

Влияние примесей на механическую деформируемость может быть грубо сопоставлено с действием песка, насыпанного под полозья движущихся по льду санок.

С другой стороны, примеси уменьшают также свободу перемещения электронов, чем и обусловлено обычно наблюдаемое понижение электро – итеплопроводности чистых металлов при их загрязнении.

На практическом использовании подобного влияния примесей основано получение различных технически важных сплавов, свойства которых более или менее сильно отличаются от свойств исходных металлов.  [25]

При наличии в металле примесей ( особенно элементов, сильно отличающихся от него по химическому характеру) последние обусловливают нарушение его структурной однородности и тем самым затрудняют скольжение друг около друга отдельных слоев пространственной решетки.

Влияние примесей на механическую деформируемость может быть грубо сопоставлено с действием песка, насыпанного под полозья движущихся по льду санок.

С другой стороны, примеси уменьшают также свободу перемещения электронов, чем и обусловлено обычно наблюдаемое понижение электро – итеплопроводности чистых металлов при их загрязнении.

На практическом использовании подобного влияния примесей основано получение различных технически важных сплавов, свойства которых более или менее сильно отличаются от свойств исходных металлов.  [27]

В металлах перенос теплоты осуществляется главным образом вследствие диффузии свободных электронов. По этой же причине теплопроводность металлов значительно выше диэлектриков и других веществ.

При повышении температуры колебание кристаллической решетки не только способствует переносу энергии, но в то же время создает помехи движению электронного газа, что сказывается на электро-и теплопроводности металлов.

Теплопроводность чистых металлов ( кроме алюминия) с повышением температуры уменьшается, особенно резко теплопроводность снижается при наличии примесей, что объясняется увеличением структурных неоднородностей, которые препятствуют направленному движению электронов и приводят к их рассеиванию. В отличие от металлов теплопроводность сплавов с возрастанием температуры увеличивается.  [28]

Теплопроводность металлов зависит от температуры. При увеличении температуры движение положительных ионов и электронов в решетке становится интенсивнее.

В связи с этим переход электронов с одной орбиты на другую или проталкивание между ионами затрудняется, поэтому теплопроводность с увеличением температуры уменьшается.

Теплопроводность чистых металлов уменьшается с увеличением содержания в них различных примесей, так как они вызывают существенное нарушение структурной однородности чистых металлов. С увеличением температуры влияние примесей на теплопроводность металлов уменьшается.  [29]

Результаты расчета сведены в таблицу. Из сравнения средней расчетной величины фононнои теплопроводности титана с величиной Я, – Ке исследованного титана видно, что метод оказался вполне удовлетворительным.

Очевидно, для более чистого титана величина фононной теплопроводности будет выше. Приемлемость описанного метода означает и возможность определения по электросопротивлениюобщей теплопроводности чистого металла.

 [30]

Страницы:      1    2

Источник: http://www.ngpedia.ru/id509183p2.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector